Ранното приложение на ултразвука в биохимията е разрушаване на клетъчната стена с ултразвук, за да се освободи съдържанието ѝ. Последващи изследвания показват, че нискоинтензивният ултразвук може да стимулира процеса на биохимична реакция. Например, ултразвуковото облъчване на течна хранителна основа може да увеличи скоростта на растеж на водораслови клетки, като по този начин увеличи количеството протеин, произведен от тези клетки, три пъти.

В сравнение с енергийната плътност на колапса на кавитационните мехурчета, енергийната плътност на ултразвуковото звуково поле е увеличена трилиони пъти, което води до огромна концентрация на енергия; Сонохимичните явления и сонолуминесценцията, причинени от висока температура и налягане, произведени от кавитационните мехурчета, са уникални форми на енергиен и материален обмен в сонохимията. Следователно, ултразвукът играе все по-важна роля в химическата екстракция, производството на биодизел, органичния синтез, микробната обработка, разграждането на токсични органични замърсители, скоростта и добива на химични реакции, каталитичната ефективност на катализатора, биоразграждащата обработка, ултразвуковото предотвратяване и отстраняване на котлен камък, раздробяването, дисперсията и агломерацията на биологични клетки и сонохимичната реакция.

1. ултразвуково засилена химическа реакция.

Ултразвуково усилване на химичната реакция. Основната движеща сила е ултразвуковата кавитация. Свиването на кавитиращото ядро ​​на мехурчетата произвежда локална висока температура, високо налягане и силен удар и микроструя, което осигурява нова и много специална физическа и химическа среда за химични реакции, които са трудни или невъзможни за постигане при нормални условия.

2. Ултразвукова каталитична реакция.

Като нова област на изследване, ултразвуковата каталитична реакция привлича все по-голям интерес. Основните ефекти на ултразвука върху каталитичната реакция са:

(1) Високата температура и високото налягане благоприятстват разграждането на реагентите в свободни радикали и двувалентен въглерод, образувайки по-активни реакционни частици;

(2) Ударната вълна и микроструята имат десорбционен и почистващ ефект върху твърда повърхност (като катализатор), което може да премахне повърхностните реакционни продукти или междинни продукти и пасивационния слой на повърхността на катализатора;

(3) Ударната вълна може да разруши структурата на реагента

(4) Дисперсна реагентна система;

(5) Ултразвуковата кавитация ерозира металната повърхност, а ударната вълна води до деформация на металната решетка и образуване на зона на вътрешно напрежение, което подобрява химическата реакционна активност на метала;

6) Насърчаване на проникването на разтворителя в твърдото вещество, за да се получи така наречената реакция на включване;

(7) За подобряване на дисперсията на катализатора, при приготвянето му често се използва ултразвук. Ултразвуковото облъчване може да увеличи повърхността на катализатора, да направи активните компоненти по-равномерно диспергирани и да подобри каталитичната активност.

3. Ултразвукова полимерна химия

Приложението на ултразвукова позитивна полимерна химия привлече широко внимание. Ултразвуковата обработка може да разгради макромолекули, особено полимери с високо молекулно тегло. Целулоза, желатин, каучук и протеини могат да бъдат разградени чрез ултразвукова обработка. Понастоящем се смята, че механизмът на ултразвуково разграждане се дължи на ефекта на сила и високо налягане, когато кавитационният мехур се спука, а другата част от разграждането може да се дължи на ефекта на топлината. При определени условия, мощният ултразвук може също да инициира полимеризация. Силното ултразвуково облъчване може да инициира съполимеризацията на поливинилов алкохол и акрилонитрил за получаване на блокови съполимери, както и съполимеризацията на поливинилацетат и полиетилен оксид за образуване на присадени съполимери.

4. Нова технология за химични реакции, подобрена от ултразвуково поле

Комбинацията от нова технология за химични реакции и усилване на ултразвуковото поле е друга потенциална насока за развитие в областта на ултразвуковата химия. Например, свръхкритичният флуид се използва като среда, а ултразвуковото поле се използва за усилване на каталитичната реакция. Например, свръхкритичният флуид има плътност, подобна на тази на течността, и вискозитет и коефициент на дифузия, подобни на тези на газа, което прави разтварянето му еквивалентно на това в течността, а капацитетът му за масопренос еквивалентен на този на газа. Деактивирането на хетерогенния катализатор може да се подобри чрез използване на добрите свойства на разтворимост и дифузия на свръхкритичния флуид, но несъмнено е черешката на тортата, ако ултразвуковото поле може да го усилва. Ударната вълна и микроструята, генерирани от ултразвукова кавитация, могат не само значително да подобрят разтварянето на някои вещества в свръхкритичния флуид, което води до деактивиране на катализатора, да играят ролята на десорбция и почистване и да поддържат катализатора активен за дълго време, но също така играят ролята на разбъркване, което може да диспергира реакционната система и да повиши скоростта на масопренос на химичната реакция в свръхкритичния флуид на по-високо ниво. Освен това, високата температура и високото налягане в локалната точка, образувана от ултразвукова кавитация, ще бъдат благоприятни за разграждането на реагентите в свободни радикали и значително ще ускорят скоростта на реакцията. В момента има много изследвания върху химическата реакция на свръхкритичен флуид, но малко изследвания върху усилването на такава реакция чрез ултразвуково поле.

5. приложение на ултразвук с висока мощност в производството на биодизел

Ключът към приготвянето на биодизел е каталитичната трансестерификация на мастни киселинни глицериди с метанол и други нисковъглеродни алкохоли. Ултразвукът очевидно може да засили реакцията на трансестерификация, особено при хетерогенни реакционни системи. Той може значително да подобри ефекта на смесване (емулгиране) и да насърчи реакцията на индиректен молекулярен контакт, така че реакцията, която първоначално е трябвало да се проведе при условия на висока температура (високо налягане), може да се завърши при стайна температура (или близка до стайна температура) и да се съкрати времето за реакция. Ултразвуковата вълна се използва не само в процеса на трансестерификация, но и при разделянето на реакционната смес. Изследователи от Държавния университет на Мисисипи в САЩ са използвали ултразвукова обработка при производството на биодизел. Добивът на биодизел надхвърля 99% в рамките на 5 минути, докато конвенционалната система с реактор на партиди отнема повече от 1 час.