Ранното приложение на ултразвука в биохимията трябва да бъде разбиването на клетъчната стена с ултразвук, за да се освободи нейното съдържание.Последвалите проучвания показват, че ултразвукът с ниска интензивност може да насърчи процеса на биохимична реакция.Например ултразвуковото облъчване на течна хранителна основа може да увеличи скоростта на растеж на клетките на водораслите, като по този начин увеличи три пъти количеството протеин, произведен от тези клетки.

В сравнение с енергийната плътност на кавитационния колапс на мехурчетата, 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 кавитационни мехурчета, са уникални форми на обмен на енергия и материали в сонохимията.Следователно, ултразвукът играе все по-важна роля в химическата екстракция, производството на биодизел, органичния синтез, микробното третиране, разграждането на токсични органични замърсители, скоростта и добива на химична реакция, каталитичната ефективност на катализатора, обработката на биоразграждане, ултразвуковото предотвратяване и отстраняване на котлен камък, раздробяване на биологични клетки , дисперсия и агломерация и сонохимична реакция.

1. ултразвукова подобрена химическа реакция.

Ултразвукова подсилена химическа реакция.Основната движеща сила е ултразвуковата кавитация.Свиването на кавитиращо мехурче ядро ​​произвежда локална висока температура, високо налягане и силен удар и микроструя, която 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 изследователска област ултразвуковата каталитична реакция привлича все повече и повече интерес.Основните ефекти на ултразвука върху каталитичната реакция са:

(1) Високата температура и високото налягане са благоприятни за крекинг на реагентите в свободни радикали и двувалентен въглерод, образувайки по-активни реакционни видове;

(2) Ударната вълна и микроструята имат десорбционни и почистващи ефекти върху твърда повърхност (като катализатор), които могат да премахнат продуктите на повърхностната реакция или междинните продукти и слоя за пасивиране на повърхността на катализатора;

(3) Ударната вълна може да разруши структурата на реагента

(4) Система с диспергирани реагенти;

(5) Ултразвуковата кавитация разяжда металната повърхност, а ударната вълна води до деформация на металната решетка и образуване на вътрешна зона на напрежение, което подобрява активността на химическата реакция 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, ултразвукът често се използва при подготовката на катализатора.Ултразвуковото облъчване може да увеличи повърхността на катализатора, да направи активните компоненти по-равномерно разпръснати и да подобри каталитичната активност.

3. Ултразвукова полимерна химия

Прилагането на ултразвукова положителна полимерна химия привлече голямо внимание.Ултразвуковата обработка може да разгради макромолекулите, особено полимерите с високо молекулно тегло.Целулоза, желатин, каучук и протеин могат да бъдат разградени чрез ултразвукова обработка.Понастоящем обикновено се смята, че ултразвуковият механизъм на разграждане се дължи на ефекта на силата и високото налягане, когато кавитационният балон се спука, а другата част от разграждането може да се дължи на ефекта на топлина.При определени условия мощният ултразвук може също да инициира полимеризация.Силното ултразвуково облъчване може да инициира съполимеризацията на поливинил алкохол и акрилонитрил за получаване на блок съполимери и съполимеризацията на поливинил ацетат и полиетилен оксид за образуване на присадени съполимери.

4. Нова технология за химическа реакция, подобрена от ултразвуково поле

Комбинацията от нова технология за химическа реакция и усилване на ултразвуковото поле е друга потенциална посока на развитие в областта на ултразвуковата химия.Например, суперкритичната течност се използва като среда, а ултразвуковото поле се използва за засилване на каталитичната реакция.Например свръхкритичната течност има плътност, подобна на течността, и вискозитет и коефициент на дифузия, подобни на газа, което прави нейното разтваряне еквивалентно на течност и неговия капацитет за пренос на маса е еквивалентен на газ.Дезактивирането на хетерогенен катализатор може да бъде подобрено чрез използване на добрата разтворимост и дифузионни свойства на суперкритичната течност, но несъмнено е черешката на тортата, ако ултразвуковото поле може да се използва за укрепването му.Ударната вълна и микроструята, генерирани от ултразвукова кавитация, могат не само значително да подобрят суперкритичната течност, за да разтвори някои вещества, които водят до дезактивиране на катализатора, да играят ролята на десорбция и почистване и да поддържат катализатора активен за дълго време, но също така да играят ролята на разбъркване, което може да разпръсне реакционната система и да повиши скоростта на пренос на маса на химичната реакция на свръхкритичен флуид.В допълнение, високата температура и високото налягане в локалната точка, образувани от ултразвукова кавитация, ще благоприятстват крекинг на реагентите в свободни радикали и значително ще ускорят скоростта на реакцията.Понастоящем има много изследвания върху химическата реакция на суперкритична течност, но малко проучвания за усилване на такава реакция чрез ултразвуково поле.

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

Ключът към получаването на биодизел е каталитичната трансестерификация на глицериди на мастни киселини с метанол и други нисковъглеродни алкохоли.Ултразвукът очевидно може да засили реакцията на трансестерификация, особено за хетерогенни реакционни системи, може значително да подобри ефекта на смесване (емулгиране) и да насърчи индиректната реакция на молекулен контакт, така че реакцията, първоначално изисквана да се извърши при условия на висока температура (високо налягане). може да се извърши при стайна температура (или близка до стайна температура) и да се съкрати времето за реакция.Ултразвуковата вълна не се използва 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 надхвърли 99% в рамките на 5 минути, докато конвенционалната периодична реакторна система отне повече от 1 час.