Časnou aplikací ultrazvuku v biochemii by mělo být rozbití buněčné stěny ultrazvukem, aby se uvolnil její obsah.Následné studie ukázaly, že ultrazvuk s nízkou intenzitou může podporovat proces biochemické reakce.Například ultrazvukové ozařování tekuté živné báze může zvýšit rychlost růstu buněk řas, čímž se trojnásobně zvýší množství proteinu produkovaného těmito buňkami.

Ve srovnání s hustotou energie kolapsu kavitační bubliny se hustota energie ultrazvukového zvukového pole zvětšila bilionkrát, což má za následek obrovskou koncentraci energie;Sonochemické jevy a sonoluminiscence způsobené vysokou teplotou a tlakem produkovaným kavitačními bublinami jsou jedinečné formy výměny energie a materiálu v sonochemii.Ultrazvuk proto hraje stále důležitější roli v chemické extrakci, výrobě bionafty, organické syntéze, mikrobiální úpravě, degradaci toxických organických polutantů, rychlosti a výtěžku chemické reakce, katalytické účinnosti katalyzátoru, biodegradační úpravě, prevenci a odstraňování usazenin ultrazvukem, biologickém drcení buněk disperze a aglomerace a sonochemické reakce.

1. ultrazvukem zesílená chemická reakce.

Chemická reakce zesílená ultrazvukem.Hlavní hnací silou je ultrazvuková kavitace.Zhroucení jádra kavitační bubliny vytváří místní vysokou teplotu, vysoký tlak a silný náraz a mikroproud, který poskytuje nové a velmi speciální fyzikální a chemické prostředí pro chemické reakce, kterých je za normálních podmínek obtížné nebo nemožné dosáhnout.

2. Ultrazvuková katalytická reakce.

Jako nový výzkumný obor přitahuje ultrazvuková katalytická reakce stále větší zájem.Hlavní účinky ultrazvuku na katalytickou reakci jsou:

(1) Vysoká teplota a vysoký tlak napomáhají štěpení reaktantů na volné radikály a dvojmocný uhlík, čímž se tvoří aktivnější reakční druhy;

(2) Rázová vlna a mikroproud mají desorpční a čisticí účinky na pevný povrch (jako je katalyzátor), který může odstranit produkty povrchové reakce nebo meziprodukty a vrstvu pasivace povrchu katalyzátoru;

(3) Rázová vlna může zničit strukturu reaktantu

(4) systém dispergovaných reaktantů;

(5) Ultrazvuková kavitace eroduje kovový povrch a rázová vlna vede k deformaci kovové mřížky a vytvoření vnitřní deformační zóny, což zlepšuje aktivitu chemické reakce kovu;

6) Podporujte pronikání rozpouštědla do pevné látky za vzniku takzvané inkluzní reakce;

(7) Pro zlepšení disperze katalyzátoru se při přípravě katalyzátoru často používá ultrazvuk.Ultrazvukové záření může zvýšit povrchovou plochu katalyzátoru, zajistit rovnoměrnější rozptýlení aktivních složek a zvýšit katalytickou aktivitu.

3. Ultrazvuková polymerní chemie

Aplikace ultrazvukové pozitivní polymerní chemie přitáhla velkou pozornost.Ultrazvukové ošetření může degradovat makromolekuly, zejména vysokomolekulární polymery.Celulóza, želatina, kaučuk a bílkoviny mohou být degradovány působením ultrazvuku.V současné době se obecně má za to, že mechanismus ultrazvukové degradace je způsoben účinkem síly a vysokého tlaku při prasknutí kavitační bubliny a další část degradace může být způsobena účinkem tepla.Za určitých podmínek může polymeraci iniciovat také výkonný ultrazvuk.Silné ultrazvukové záření může iniciovat kopolymeraci polyvinylalkoholu a akrylonitrilu za účelem přípravy blokových kopolymerů a kopolymeraci polyvinylacetátu a polyethylenoxidu za vzniku roubovaných kopolymerů.

4. Nová technologie chemických reakcí rozšířená o ultrazvukové pole

Kombinace nové technologie chemických reakcí a vylepšení ultrazvukového pole je dalším potenciálním směrem vývoje v oblasti ultrazvukové chemie.Například se jako médium používá superkritická tekutina a k posílení katalytické reakce se používá ultrazvukové pole.Například superkritická tekutina má hustotu podobnou kapalině a viskozitu a difúzní koeficient podobné plynu, což činí její rozpouštění ekvivalentní kapalině a její kapacitu přenosu hmoty ekvivalentní plynu.Deaktivaci heterogenního katalyzátoru lze zlepšit využitím dobré rozpustnosti a difúzních vlastností superkritické tekutiny, ale je nepochybně třešničkou na dortu, pokud lze k jejímu zesílení použít ultrazvukové pole.Rázová vlna a mikroproud generovaný ultrazvukovou kavitací může nejen výrazně zlepšit nadkritickou tekutinu, aby rozpustila některé látky, které vedou k deaktivaci katalyzátoru, hrají roli desorpce a čištění a udržují katalyzátor aktivní po dlouhou dobu, ale také hrají roli roli míchání, které může rozptýlit reakční systém a zvýšit rychlost přenosu hmoty chemické reakce nadkritické tekutiny na vyšší úroveň.Kromě toho vysoká teplota a vysoký tlak v místním bodě vytvořený ultrazvukovou kavitací povede ke krakování reaktantů na volné radikály a značně urychlí rychlost reakce.V současné době existuje mnoho studií o chemické reakci nadkritické tekutiny, ale jen málo studií o zesílení takové reakce ultrazvukovým polem.

5. aplikace vysoce výkonného ultrazvuku při výrobě bionafty

Klíčem k přípravě bionafty je katalytická transesterifikace glyceridu mastných kyselin methanolem a dalšími nízkouhlíkovými alkoholy.Ultrazvuk může samozřejmě posílit transesterifikační reakci, zejména u heterogenních reakčních systémů, může výrazně zvýšit směšovací (emulgační) efekt a podpořit reakci nepřímého molekulárního kontaktu, takže reakce původně vyžadovala provedení za podmínek vysoké teploty (vysokého tlaku). může být dokončena při teplotě místnosti (nebo blízko teplotě místnosti), a zkrátit reakční dobu.Ultrazvuková vlna se nepoužívá pouze v procesu transesterifikace, ale také při separaci reakční směsi.Výzkumníci z Mississippi State University ve Spojených státech použili při výrobě bionafty ultrazvukové zpracování.Výtěžek bionafty přesáhl 99 % během 5 minut, zatímco konvenční vsádkový reaktorový systém trval více než 1 hodinu.