Az ultrahang korai biokémiai alkalmazásának célja a sejtfal ultrahanggal történő szétzúzása, ezáltal a tartalom felszabadítása. Későbbi tanulmányok kimutatták, hogy az alacsony intenzitású ultrahang elősegítheti a biokémiai reakciófolyamatot. Például a folyékony tápanyagbázis ultrahangos besugárzása növelheti az algasejtek növekedési ütemét, ezáltal háromszorosára növelve az ezen sejtek által termelt fehérje mennyiségét.

A kavitációs buborék összeomlásának energiasűrűségéhez képest az ultrahangos hangtér energiasűrűsége billiószorosára nőtt, ami hatalmas energiakoncentrációt eredményez; A kavitációs buborékok által előidézett magas hőmérséklet és nyomás által okozott szonokémiai jelenségek és a szonolumineszcencia az energia- és anyagcsere egyedülálló formái a szonokémiában. Ezért az ultrahang egyre fontosabb szerepet játszik a kémiai extrakcióban, a biodízelgyártásban, a szerves szintézisben, a mikrobiális kezelésben, a mérgező szerves szennyező anyagok lebontásában, a kémiai reakciósebesség és -hozam, a katalizátor katalitikus hatékonyságának növelésében, a biodegradációs kezelésben, az ultrahangos vízkőképződés megelőzésében és eltávolításában, a biológiai sejtek aprításában, diszperziójában és agglomerációjában, valamint a szonokémiai reakciókban.

1. ultrahanggal fokozott kémiai reakció.

Ultrahanggal fokozott kémiai reakció. A fő hajtóerő az ultrahangos kavitáció. A kavitációs buborékmag összeomlása helyi magas hőmérsékletet, nagy nyomást és erős ütést, valamint mikrosugarat hoz létre, amely új és nagyon speciális fizikai és kémiai környezetet biztosít olyan kémiai reakciókhoz, amelyeket normál körülmények között nehéz vagy lehetetlen elérni.

2. Ultrahangos katalitikus reakció.

Új kutatási területként az ultrahangos katalitikus reakció egyre nagyobb érdeklődésre tart számot. Az ultrahang főbb hatásai a katalitikus reakcióra a következők:

(1) A magas hőmérséklet és a nagy nyomás elősegíti a reagensek szabad gyökökké és kétértékű szénné történő szétesését, aktívabb reakciófajok képződésével;

(2) A lökéshullám és a mikrosugarak deszorpciós és tisztító hatással vannak a szilárd felületre (például a katalizátorra), eltávolítva a felületi reakciótermékeket vagy köztitermékeket és a katalizátor felületi passziváló rétegét;

(3) A lökéshullám tönkreteheti a reagens szerkezetét

(4) Diszpergált reagensrendszer;

(5) Az ultrahangos kavitáció erodálja a fémfelületet, és a lökéshullám a fémrács deformációjához és a belső feszültségzóna kialakulásához vezet, ami javítja a fém kémiai reakcióaktivitását;

6) Elősegíti az oldószer behatolását a szilárd anyagba, így létrejön az úgynevezett zárványreakció;

(7) A katalizátor diszperziójának javítása érdekében gyakran alkalmaznak ultrahangot a katalizátor előállításánál. Az ultrahangos besugárzás növelheti a katalizátor felületét, egyenletesebben diszpergálhatja az aktív komponenseket és fokozhatja a katalitikus aktivitást.

3. Ultrahangos polimer kémia

Az ultrahangos pozitív polimer kémia alkalmazása széles körű figyelmet kapott. Az ultrahangos kezelés képes lebontani a makromolekulákat, különösen a nagy molekulatömegű polimereket. A cellulóz, a zselatin, a gumi és a fehérje lebontható ultrahangos kezeléssel. Jelenleg általános vélekedés szerint az ultrahangos lebontási mechanizmus az erő és a kavitációs buborék kipukkadásakor fellépő nagy nyomás hatásának köszönhető, a lebomlás másik része pedig a hő hatásának tudható be. Bizonyos körülmények között a nagy teljesítményű ultrahang is elindíthatja a polimerizációt. Az erős ultrahangos besugárzás elindíthatja a polivinil-alkohol és az akrilnitril kopolimerizációját blokk-kopolimerek előállításához, valamint a polivinil-acetát és a polietilén-oxid kopolimerizációját oltó kopolimerek képződéséhez.

4. Új kémiai reakciótechnológia, amelyet ultrahangos mezővel fejlesztettek ki

Az új kémiai reakciótechnológia és az ultrahangos térerősítés kombinációja egy másik lehetséges fejlesztési irány az ultrahangos kémia területén. Például szuperkritikus folyadékot használnak közegként, és az ultrahangos teret a katalitikus reakció erősítésére használják. Például a szuperkritikus folyadék sűrűsége hasonló a folyadékéhoz, viszkozitása és diffúziós együtthatója pedig a gázéhoz, ami miatt oldódása egyenértékű a folyadékéval, tömegáteresztő képessége pedig a gázéval. A heterogén katalizátorok deaktiválása javítható a szuperkritikus folyadék jó oldhatósági és diffúziós tulajdonságainak kihasználásával, de kétségtelenül az a hab a tortán, ha ultrahangos teret lehet használni az erősítésére. Az ultrahangos kavitáció által generált lökéshullám és mikrosugarak nemcsak nagymértékben fokozhatják a szuperkritikus folyadék azon anyagainak feloldását, amelyek a katalizátor deaktiválódásához vezetnek, deszorpciós és tisztítási szerepet játszhatnak, és hosszú ideig aktívan tarthatják a katalizátort, hanem keverési szerepet is betölthetnek, ami diszpergálhatja a reakciórendszert, és magasabb szintre emelheti a szuperkritikus folyadék kémiai reakciójának tömegáteresztési sebességét. Ezenkívül az ultrahangos kavitáció által létrehozott lokális ponton a magas hőmérséklet és a nagy nyomás elősegíti a reagensek szabad gyökökké történő szétesését, és jelentősen felgyorsítja a reakciósebességet. Jelenleg számos tanulmány foglalkozik a szuperkritikus folyadék kémiai reakciójával, de kevés az ilyen reakció ultrahangos mezővel történő fokozásával kapcsolatos tanulmány.

5. nagy teljesítményű ultrahang alkalmazása a biodízelgyártásban

A biodízel előállításának kulcsa a zsírsav-gliceridek katalitikus átészteresítése metanollal és más alacsony széntartalmú alkoholokkal. Az ultrahang nyilvánvalóan erősítheti az átészteresítési reakciót, különösen heterogén reakciórendszerek esetén, jelentősen fokozhatja a keverési (emulgeálási) hatást és elősegítheti a közvetett molekuláris kontakt reakciót, így az eredetileg magas hőmérsékleten (nagy nyomáson) végrehajtandó reakció szobahőmérsékleten (vagy ahhoz közeli hőmérsékleten) befejeződhet, és lerövidítheti a reakcióidőt. Az ultrahangos hullámot nemcsak az átészteresítési folyamatban, hanem a reakcióelegy szétválasztásában is használják. Az egyesült államokbeli Mississippi Állami Egyetem kutatói ultrahangos feldolgozást alkalmaztak a biodízel előállításában. A biodízel hozama 5 percen belül meghaladta a 99%-ot, míg a hagyományos szakaszos reaktorrendszer több mint 1 órát vett igénybe.