Den tidlige anvendelse af ultralyd i biokemi bør være at smadre cellevæggen med ultralyd for at frigive dens indhold.Efterfølgende undersøgelser har vist, at lavintensiv ultralyd kan fremme den biokemiske reaktionsproces.For eksempel kan ultralydsbestråling af flydende næringsgrundlag øge væksthastigheden af ​​algeceller og dermed øge mængden af ​​protein produceret af disse celler med tre gange.

Sammenlignet med energitætheden af ​​kavitationsboblekollaps er energitætheden af ​​ultralydslydfeltet blevet forstørret med billioner af gange, hvilket resulterer i en enorm koncentration af energi;Sonokemiske fænomener og sonoluminescens forårsaget af høj temperatur og tryk produceret af kavitationsbobler er unikke former for energi- og materialeudveksling i sonokemi.Derfor spiller ultralyd en stadig vigtigere rolle i kemisk udvinding, biodieselproduktion, organisk syntese, mikrobiel behandling, nedbrydning af giftige organiske forurenende stoffer, kemisk reaktionshastighed og udbytte, katalytisk effektivitet af katalysator, behandling af biologisk nedbrydning, forebyggelse og fjernelse af ultralydskala, biologisk celleknusning , dispersion og agglomeration og sonokemisk reaktion.

1. ultralydsforstærket kemisk reaktion.

Ultralydsforstærket kemisk reaktion.Den vigtigste drivkraft er ultralydskavitation.Sammenbruddet af kaviterende boblekerne giver lokal høj temperatur, højt tryk og stærk stød og mikrostråle, som giver et nyt og helt specielt fysisk og kemisk miljø for kemiske reaktioner, der er svære eller umulige at opnå under normale forhold.

2. Katalytisk ultralydsreaktion.

Som et nyt forskningsfelt har ultralydskatalytisk reaktion tiltrukket sig mere og mere interesse.De vigtigste virkninger 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) Chokbølge og mikrostråle har desorptions- og renseeffekter på fast overflade (såsom katalysator), som kan fjerne overfladereaktionsprodukter eller mellemprodukter og katalysatoroverfladepassiveringslag;

(3) Chokbølge kan ødelægge reaktantstrukturen

(4) Dispergeret reaktantsystem;

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

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

(7) For at forbedre spredningen af ​​katalysator bruges ultralyd ofte til fremstilling af katalysator.Ultralydsbestråling kan øge katalysatorens overfladeareal, få de aktive komponenter til at spredes mere jævnt og øge den katalytiske aktivitet.

3. Ultralyds polymerkemi

Anvendelsen af ​​ultralyds positiv polymerkemi har tiltrukket sig omfattende opmærksomhed.Ultralydsbehandling kan nedbryde makromolekyler, især højmolekylære polymerer.Cellulose, gelatine, gummi og protein kan nedbrydes ved ultralydsbehandling.På nuværende tidspunkt antages det generelt, at ultralydsnedbrydningsmekanismen skyldes virkningen af ​​kraft og det høje tryk, når kavitationsboblen brister, og den anden del af nedbrydningen kan skyldes virkningen af ​​varme.Under visse forhold kan effektultralyd også initiere polymerisering.Stærk ultralydsbestråling kan initiere copolymerisation af polyvinylalkohol og acrylonitril til fremstilling af blokcopolymerer og copolymerisation af polyvinylacetat og polyethylenoxid til dannelse af 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 bruges den superkritiske væske som medium, og ultralydsfeltet bruges til at styrke den katalytiske reaktion.For eksempel har superkritisk væske en massefylde svarende til væske og viskositet og diffusionskoefficient svarende til gas, hvilket gør dens opløsning ækvivalent med væske og dens masseoverførselskapacitet ækvivalent med gas.Deaktiveringen af ​​heterogen katalysator kan forbedres ved at bruge superkritisk væskes gode opløselighed og diffusionsegenskaber, men det er uden tvivl prikken over i'et, hvis ultralydsfelt kan bruges til at styrke det.Chokbølgen og mikrostrålen genereret af ultralydskavitation kan ikke kun i høj grad forbedre den superkritiske væske til at opløse nogle stoffer, der fører til katalysatordeaktivering, spiller rollen som desorption og rengøring og holder katalysatoren aktiv i lang tid, men spiller også rolle omrøring, som kan sprede reaktionssystemet og gøre masseoverførselshastigheden af ​​superkritisk væske kemisk reaktion til et højere niveau.Derudover vil den høje temperatur og det høje tryk på det lokale punkt dannet af ultralydskavitation være befordrende for krakning af reaktanter til frie radikaler og i høj grad accelerere reaktionshastigheden.På nuværende tidspunkt er der mange undersøgelser af den kemiske reaktion af superkritisk væske, men få undersøgelser om forbedring af en sådan reaktion ved ultralydsfelt.

5. Anvendelse af højeffekt ultralyd i biodieselproduktion

Nøglen til fremstilling af biodiesel er den katalytiske transesterificering af fedtsyreglycerid med methanol og andre alkoholer med lavt kulstofindhold.Ultralyd kan tydeligvis styrke transesterificeringsreaktionen, især for heterogene reaktionssystemer, det kan forbedre blandings- (emulgerings-) effekten betydeligt og fremme den indirekte molekylære kontaktreaktion, således at reaktionen oprindeligt krævede at blive udført under høje temperaturer (højtryk) betingelser kan afsluttes ved stuetemperatur (eller tæt på stuetemperatur), og forkort reaktionstiden.Ultralydsbølge bruges ikke kun i transesterificeringsprocessen, men også i adskillelsen af ​​reaktionsblandingen.Forskere fra Mississippi State University i USA brugte ultralydsbehandling i produktionen af ​​biodiesel.Udbyttet af biodiesel oversteg 99 % inden for 5 minutter, mens det konventionelle batch-reaktorsystem tog mere end 1 time.