Ultraäänen varhainen sovellus biokemiassa tulisi olla soluseinän rikkominen ultraäänellä sen sisällön vapauttamiseksi. Myöhemmät tutkimukset ovat osoittaneet, että matalan intensiteetin ultraääni voi edistää biokemiallista reaktioprosessia. Esimerkiksi nestemäisen ravinnepohjan ultraäänisäteilytys voi lisätä leväsolujen kasvunopeutta, mikä lisää näiden solujen tuottaman proteiinin määrää kolminkertaiseksi.

Verrattuna kavitaatiokuplan romahtamisen energiatiheyteen, ultraääniäänikentän energiatiheys on kasvanut biljoonakertaisesti, mikä on johtanut valtavaan energiapitoisuuteen; Kavitaatiokuplien tuottamat korkean lämpötilan ja paineen aiheuttamat sonokemialliset ilmiöt ja sonoluminesenssi ovat ainutlaatuisia energian ja materiaalin vaihdon muotoja sonokemiassa. Siksi ultraäänellä on yhä tärkeämpi rooli kemiallisessa uutossa, biodieselin tuotannossa, orgaanisessa synteesissä, mikrobien käsittelyssä, myrkyllisten orgaanisten epäpuhtauksien hajottamisessa, kemiallisen reaktion nopeudessa ja saannossa, katalyytin katalyyttisessä tehokkuudessa, biohajoamisen käsittelyssä, ultraäänikerrostuman estossa ja poistossa, biologisten solujen murskaamisessa, dispergoinnissa ja agglomeraatiossa sekä sonokemiallisessa reaktiossa.

1. ultraäänellä tehostettu kemiallinen reaktio.

Ultraäänellä tehostettu kemiallinen reaktio. Tärkein liikkeellepaneva voima on ultraäänikavitaatio. Kavitoivan kuplan ytimen romahtaminen tuottaa paikallisesti korkean lämpötilan, korkean paineen ja voimakkaan iskun sekä mikrosuihkun, mikä tarjoaa uuden ja hyvin erityisen fysikaalisen ja kemiallisen ympäristön kemiallisille reaktioille, joita on vaikea tai mahdotonta saavuttaa normaaleissa olosuhteissa.

2. Ultraäänikatalyyttinen reaktio.

Uutena tutkimusalueena ultraäänikatalyyttinen reaktio on herättänyt yhä enemmän kiinnostusta. Ultraäänen tärkeimmät vaikutukset katalyyttiseen reaktioon ovat:

(1) Korkea lämpötila ja korkea paine edistävät reagoivien aineiden hajoamista vapaiksi radikaaleiksi ja kaksiarvoiseksi hiileksi, mikä muodostaa aktiivisempia reaktiolajeja;

(2) Paineaalto- ja mikrosuihkutus desorptio- ja puhdistusvaikutukset kiinteään pintaan (kuten katalyytiin) poistavat pinnan reaktiotuotteita tai välituotteita ja katalyytin pinnan passivointikerroksen.

(3) Paineaalto voi tuhota reagoivan aineen rakenteen

(4) Dispersoitu lähtöainejärjestelmä;

(5) Ultraäänikavitaatio syövyttää metallipintaa, ja iskuaalto johtaa metallihilan muodonmuutokseen ja sisäisen venymävyöhykkeen muodostumiseen, mikä parantaa metallin kemiallista reaktioaktiivisuutta;

6) Edistää liuottimen tunkeutumista kiinteään aineeseen niin kutsutun inkluusioreaktion aikaansaamiseksi;

(7) Katalyytin dispersion parantamiseksi katalyytin valmistuksessa käytetään usein ultraääntä. Ultraäänisäteilytys voi lisätä katalyytin pinta-alaa, saada aktiiviset komponentit dispergoimaan tasaisemmin ja parantaa katalyyttistä aktiivisuutta.

3. Ultraäänipolymeerikemia

Ultraäänipositiivisen polymeerikemian soveltaminen on herättänyt laajaa huomiota. Ultraäänikäsittely voi hajottaa makromolekyylejä, erityisesti suurimolekyylipainoisia polymeerejä. Selluloosa, gelatiini, kumi ja proteiini voidaan hajottaa ultraäänikäsittelyllä. Tällä hetkellä yleisesti uskotaan, että ultraäänen hajoamismekanismi johtuu voiman ja korkean paineen vaikutuksesta kavitaatiokuplan puhkeamisen yhteydessä, ja toinen osa hajoamisesta voi johtua lämmön vaikutuksesta. Tietyissä olosuhteissa tehoultraääni voi myös käynnistää polymeroinnin. Voimakas ultraäänisäteilytys voi käynnistää polyvinyylialkoholin ja akryylinitriilin kopolymeroinnin lohkopolymeerien valmistamiseksi ja polyvinyyliasetaatin ja polyetyleenioksidin kopolymeroinnin oksaskopolymeereiksi.

4. Uusi kemiallisen reaktion teknologia, jota tehostetaan ultraäänikentällä

Uuden kemiallisen reaktioteknologian ja ultraäänikentän tehostamisen yhdistelmä on toinen mahdollinen kehityssuunta ultraäänikemian alalla. Esimerkiksi superkriittistä nestettä käytetään väliaineena, ja ultraäänikenttää käytetään katalyyttisen reaktion vahvistamiseen. Esimerkiksi superkriittisellä nesteellä on nesteen tiheys ja kaasun viskositeetti ja diffuusiokerroin, mikä tekee sen liukenemisesta nesteen kaltaista ja massansiirtokapasiteetista kaasun kaltaisen. Heterogeenisen katalyytin deaktivoitumista voidaan parantaa hyödyntämällä superkriittisen nesteen hyviä liukoisuus- ja diffuusio-ominaisuuksia, mutta se on epäilemättä kirsikka kakun päällä, jos ultraäänikenttää voidaan käyttää sen vahvistamiseen. Ultraäänikavitaation synnyttämä iskuaalto ja mikrosuihku voivat paitsi parantaa superkriittisen nesteen kykyä liuottaa joitakin katalyytin deaktivoitumiseen johtavia aineita, toimia desorptiossa ja puhdistuksessa ja pitää katalyytin aktiivisena pitkään, myös toimia sekoituksena, mikä voi dispergoida reaktiojärjestelmää ja nostaa superkriittisen nesteen kemiallisen reaktion massansiirtonopeutta korkeammalle tasolle. Lisäksi ultraäänikavitaation muodostamassa paikallisessa pisteessä vallitseva korkea lämpötila ja paine edistävät reagoivien aineiden hajoamista vapaiksi radikaaleiksi ja kiihdyttävät reaktionopeutta huomattavasti. Tällä hetkellä on olemassa monia tutkimuksia superkriittisen nesteen kemiallisesta reaktiosta, mutta vain vähän tutkimuksia tällaisen reaktion tehostamisesta ultraäänikentällä.

5. Suuritehoisen ultraäänen käyttö biodieselin tuotannossa

Biodieselin valmistuksen avain on rasvahappoglyseridin katalyyttinen transesteröinti metanolilla ja muilla vähähiiliseillä alkoholeilla. Ultraääni voi selvästi vahvistaa transesteröintireaktiota, erityisesti heterogeenisissä reaktiojärjestelmissä. Se voi merkittävästi parantaa sekoitus- (emulgointi-) vaikutusta ja edistää epäsuoraa molekyylikontaktireaktiota, jolloin alun perin korkeassa lämpötilassa (korkeassa paineessa) suoritettava reaktio voidaan suorittaa huoneenlämmössä (tai lähellä huoneenlämpöä) ja lyhentää reaktioaikaa. Ultraääniaaltoja käytetään paitsi transesteröintiprosessissa myös reaktioseoksen erotuksessa. Mississippi State Universityn tutkijat Yhdysvalloissa käyttivät ultraäänikäsittelyä biodieselin tuotannossa. Biodieselin saanto ylitti 99 % viidessä minuutissa, kun taas perinteisessä panosreaktorijärjestelmässä prosessi kesti yli tunnin.