Den tidlige anvendelse af ultralyd i biokemi burde være at knuse cellevæggen med ultralyd for at frigive dens indhold. Efterfølgende undersøgelser har vist, at lavintensitets ultralyd kan fremme den biokemiske reaktionsproces. For eksempel kan ultralydsbestråling af flydende næringsbase øge vækstraten af ​​algeceller og dermed tredoble mængden af ​​protein, der produceres af disse celler.

Sammenlignet med energitætheden af ​​kavitationsboblernes kollaps er energitætheden af ​​ultralydslydfeltet blevet forstørret med billioner af gange, hvilket resulterer i en enorm energikoncentration; Sonokemiske fænomener og sonoluminescens forårsaget af høj temperatur og tryk produceret af kavitationsbobler er unikke former for energi- og materialeudveksling inden for sonokemi. Derfor spiller ultralyd en stadig vigtigere rolle i kemisk ekstraktion, biodieselproduktion, organisk syntese, mikrobiel behandling, nedbrydning af giftige organiske forurenende stoffer, kemisk reaktionshastighed og -udbytte, katalysatorens katalytiske effektivitet, behandling af biologisk nedbrydning, forebyggelse og fjernelse af ultralydssten, biologisk celleknusning, dispersion og agglomerering samt sonokemisk reaktion.

1. ultralydforstærket kemisk reaktion.

Ultralydforstærket kemisk reaktion. Den primære drivkraft er ultralydskavitation. Kollapsen af ​​den kaviterende boblekerne producerer lokal høj temperatur, højt tryk og stærke stød og mikrostråler, hvilket giver et nyt og meget specielt fysisk og kemisk miljø for kemiske reaktioner, der er vanskelige eller umulige at opnå under normale forhold.

2. Ultralydskatalytisk reaktion.

Ultralydskatalytisk reaktion har som et nyt forskningsfelt tiltrukket sig mere og mere interesse. De vigtigste effekter af ultralyd på katalytisk reaktion er:

(1) Høj temperatur og højt tryk er befordrende for krakning af reaktanter til frie radikaler og divalent kulstof, hvilket danner mere aktive reaktionsarter;

(2) Chokbølger og mikrostråler har desorptions- og rensende virkninger på faste overflader (såsom katalysatorer), hvilket kan fjerne overfladereaktionsprodukter eller mellemprodukter og katalysatorens overfladepassiveringslag;

(3) Chokbølge kan ødelægge reaktantstrukturen

(4) Dispergeret reaktantsystem;

(5) Ultralydskavitation eroderer metaloverfladen, og chokbølgen fører til deformation af metalgitteret og dannelsen af ​​den indre tøjningszone, hvilket forbedrer metallets kemiske reaktionsaktivitet;

6) Få opløsningsmidlet til at trænge ind i det faste stof for at frembringe den såkaldte inklusionsreaktion;

(7) For at forbedre katalysatorens dispersion anvendes ultralyd ofte til fremstilling af katalysatoren. Ultralydbestråling kan øge katalysatorens overfladeareal, få de aktive komponenter til at dispergere sig mere jævnt og forbedre den katalytiske aktivitet.

3. Ultralydspolymerkemi

Anvendelsen af ​​ultralydspositiv polymerkemi har tiltrukket sig stor opmærksomhed. Ultralydsbehandling kan nedbryde makromolekyler, især polymerer med høj molekylvægt. Cellulose, gelatine, gummi og protein kan nedbrydes ved ultralydsbehandling. I øjeblikket antages det generelt, at ultralydsnedbrydningsmekanismen skyldes effekten af ​​kraft og det høje tryk, når kavitationsboblen brister, og den anden del af nedbrydningen kan skyldes effekten af ​​varme. Under visse betingelser kan kraftfuld ultralyd også initiere polymerisering. Stærk ultralydbestråling kan initiere copolymerisationen af ​​polyvinylalkohol og acrylonitril for at fremstille blokcopolymerer, og copolymerisationen af ​​polyvinylacetat og polyethylenoxid for at danne podecopolymerer.

4. Ny kemisk reaktionsteknologi forbedret af ultralydsfelt

Kombinationen af ​​ny kemisk reaktionsteknologi og ultralydsfeltforbedring er en anden potentiel udviklingsretning inden for ultralydskemi. For eksempel anvendes superkritisk væske som medium, og ultralydsfeltet bruges til at styrke den katalytiske reaktion. For eksempel har superkritisk væske en densitet svarende til væske og en viskositet og diffusionskoefficient svarende til gas, hvilket gør dens opløsning svarende til væske og dens masseoverføringskapacitet svarende til gas. Deaktiveringen af ​​heterogen katalysator kan forbedres ved at bruge superkritisk væskes gode opløseligheds- og diffusionsegenskaber, men det er uden tvivl prikken over i'et, hvis ultralydsfeltet kan bruges til at styrke den. Chokbølgen og mikrostrålen, der genereres ved ultralydkavitation, kan ikke kun i høj grad forbedre superkritisk væskes evne til at opløse nogle stoffer, der fører til katalysatordeaktivering, spille rollen som desorption og rengøring og holde katalysatoren aktiv i lang tid, men også spille rollen som omrører, hvilket kan dispergere reaktionssystemet og øge masseoverføringshastigheden for superkritisk væskes kemiske reaktioner til et højere niveau. Derudover vil den høje temperatur og det høje tryk på det lokale punkt, der dannes ved ultralydskavitation, være befordrende for krakning af reaktanter til frie radikaler og i høj grad accelerere reaktionshastigheden. I øjeblikket er der mange undersøgelser af den kemiske reaktion af superkritisk væske, men få undersøgelser af forstærkningen af ​​en sådan reaktion ved hjælp af ultralydsfelter.

5. Anvendelse af højtydende ultralyd i biodieselproduktion

Nøglen til fremstilling af biodiesel er den katalytiske transesterificering af fedtsyreglycerid med methanol og andre lavkulstofalkoholer. Ultralyd kan naturligvis styrke transesterificeringsreaktionen, især for heterogene reaktionssystemer. Det kan forbedre blandings- (emulgerings-) effekten betydeligt og fremme den indirekte molekylære kontaktreaktion, således at den reaktion, der oprindeligt skulle udføres under høje temperaturer (højt tryk), kan gennemføres ved stuetemperatur (eller tæt på stuetemperatur) og forkorte reaktionstiden. Ultralydbølger bruges ikke kun i transesterificeringsprocessen, men også til separation af reaktionsblandingen. Forskere fra Mississippi State University i USA har brugt ultralydsbehandling i produktionen af ​​biodiesel. Udbyttet af biodiesel oversteg 99 % inden for 5 minutter, mens det konventionelle batchreaktorsystem tog mere end 1 time.