Az ultrahang korai alkalmazása a biokémiában a sejtfal ultrahanggal történő szétzúzásának kell lennie, hogy felszabadítsa annak tartalmát.A későbbi vizsgálatok kimutatták, hogy az alacsony intenzitású ultrahang elősegítheti a biokémiai reakció folyamatát.Például a folyékony tápanyagbázis ultrahangos besugárzása növelheti az algasejtek növekedési ütemét, így háromszorosára növeli az ezen sejtek által termelt fehérje mennyiségét.

A kavitációs buborékok összeomlásának energiasűrűségéhez képest az ultrahangos hangtér energiasűrűsége billiószorosára nőtt, ami hatalmas energiakoncentrációt eredményez;A kavitációs buborékok által előidézett magas hőmérséklet és nyomás okozta szonokémiai jelenségek és szonolumineszcencia az energia- és anyagcsere egyedülálló formái a szonokémiában.Ezért az ultrahang egyre fontosabb szerepet játszik a vegyi extrakcióban, a biodízel gyártásban, a szerves szintézisben, a mikrobiális kezelésben, a mérgező szerves szennyező anyagok lebontásában, a kémiai reakció sebességében és hozamában, a katalizátor katalitikus hatékonyságában, a biodegradációs kezelésben, az ultrahangos lerakódás megelőzésében és eltávolításában, a biológiai sejtaprításban. , diszperzió és agglomeráció, valamint szonokémiai reakció.

1. ultrahangos fokozott kémiai reakció.

Ultrahangos fokozott kémiai reakció.A fő hajtóerő az ultrahangos kavitáció.A kavitáló buborékmag összeomlása lokálisan magas hőmérsékletet, nagy nyomást és erős ütést és mikrosugarat eredményez, amely új és nagyon különleges fizikai és kémiai környezetet biztosít a normál körülmények között nehezen vagy egyáltalán nem megvalósítható kémiai reakciókhoz.

2. Ultrahangos katalitikus reakció.

Új kutatási területként az ultrahangos katalitikus reakció egyre nagyobb érdeklődést váltott ki.Az ultrahang fő hatásai a katalitikus reakcióra:

(1) A magas hőmérséklet és a magas nyomás elősegíti a reagensek szabad gyökökké és kétértékű szénné való repedését, ami aktívabb reakciófajtákat képez;

(2) A lökéshullámnak és a mikrosugárnak deszorpciós és tisztító hatása van a szilárd felületen (például katalizátoron), amely eltávolíthatja a felületi reakciótermékeket vagy intermediereket, valamint a katalizátor felületi passzivációs rétegét;

(3) A lökéshullám tönkreteheti a reagens szerkezetét

(4) Diszpergált reagens rendszer;

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

6) Elősegíti az oldószer behatolását a szilárd anyagba az úgynevezett zárványreakció létrehozása érdekében;

(7) A katalizátor diszperziójának javítása érdekében az ultrahangot gyakran használják a katalizátor előállításához.Az ultrahangos besugárzás növelheti a katalizátor felületét, egyenletesebben oszlatja el az aktív komponenseket és fokozza a katalitikus aktivitást.

3. Ultrahangos polimerkémia

Az ultrahangos pozitív polimerkémia alkalmazása széles körben felkeltette a figyelmet.Az ultrahangos kezelés lebonthatja a makromolekulákat, különösen a nagy molekulatömegű polimereket.A cellulóz, a zselatin, a gumi és a fehérje ultrahangos kezeléssel lebontható.Jelenleg általánosan úgy gondolják, hogy az ultrahangos lebontási mechanizmus az erőhatásnak és a nagy nyomásnak köszönhető, amikor a kavitációs buborék kipukkan, a degradáció másik része pedig a hő hatására.Bizonyos körülmények között a teljesítmény-ultrahang is elindíthatja a polimerizációt.Az erős ultrahangos besugárzás elindíthatja a polivinil-alkohol és akrilnitril kopolimerizációját blokk-kopolimerek előállítására, valamint a polivinil-acetát és polietilén-oxid kopolimerizációját ojtott kopolimerek kialakítására.

4. Új kémiai reakciótechnológia ultrahangos térrel továbbfejlesztve

Az új kémiai reakciótechnológia és az ultrahangos térjavítás kombinációja egy másik lehetséges fejlesztési irány az ultrahangos kémia területén.Például a szuperkritikus folyadékot közegként, az ultrahangos mezőt pedig a katalitikus reakció erősítésére használják.Például a szuperkritikus folyadék sűrűsége hasonló a folyadékéhoz, viszkozitása és diffúziós együtthatója hasonló a gázéhoz, így az oldódása egyenértékű a folyadékéval, és tömegátadási képessége a gázéval.A heterogén katalizátor dezaktiválása javítható a szuperkritikus folyadék jó oldhatósági és diffúziós tulajdonságainak felhasználásával, de kétségtelenül hab a tortán, ha ultrahangos térrel erősíthető.Az ultrahangos kavitáció által generált lökéshullám és mikrosugár nemcsak nagymértékben fokozza a szuperkritikus folyadékot, hogy feloldjon bizonyos anyagokat, amelyek a katalizátor dezaktiválásához vezetnek, deszorpció és tisztítás szerepét töltik be, és hosszú ideig aktívan tartják a katalizátort, hanem A keverés szerepe, amely diszpergálhatja a reakciórendszert, és magasabb szintre emelheti a szuperkritikus folyadék kémiai reakciójának tömegátadási sebességét.Ezenkívül az ultrahangos kavitáció által kialakított helyi pont magas hőmérséklete és nagy nyomása elősegíti a reaktánsok szabad gyökökké történő repedését, és nagymértékben felgyorsítja a reakció sebességét.Jelenleg sok tanulmány létezik a szuperkritikus folyadékok kémiai reakciójáról, de kevés az ilyen reakció ultrahangos térrel történő fokozása.

5. nagy teljesítményű ultrahang alkalmazása a biodízel gyártásban

A biodízel előállításának kulcsa a zsírsav-glicerid katalitikus átészterezése metanollal és más alacsony széntartalmú alkoholokkal.Az ultrahang nyilvánvalóan erősítheti az átészterezési reakciót, különösen heterogén reakciórendszerek esetén, jelentősen fokozhatja a keverési (emulgeáló) hatást és elősegítheti a közvetett molekuláris kontakt reakciót, így a reakciót eredetileg magas hőmérsékleten (nagy nyomáson) kellett végrehajtani. szobahőmérsékleten (vagy szobahőmérsékleten közelítve) befejezhető, és lerövidítheti a reakcióidőt.Az ultrahanghullámot nem csak az átészterezési folyamatban használják, hanem a reakcióelegy elválasztásában is.Az egyesült államokbeli Mississippi Állami Egyetem kutatói ultrahangos feldolgozást alkalmaztak a biodízel gyártása során.A biodízel hozama 5 perc alatt meghaladta a 99%-ot, míg a hagyományos szakaszos reaktor rendszer több mint 1 órát vett igénybe.