Rana primjena ultrazvuka u biokemiji trebala bi biti razbijanje stanične stijenke ultrazvukom kako bi se oslobodio njezin sadržaj. Naknadne studije pokazale su da ultrazvuk niskog intenziteta može potaknuti proces biokemijske reakcije. Na primjer, ultrazvučno zračenje tekuće hranjive baze može povećati brzinu rasta stanica algi, čime se količina proteina koje te stanice proizvode utrostručuje.

U usporedbi s gustoćom energije kolapsa kavitacijskih mjehurića, gustoća energije ultrazvučnog zvučnog polja povećana je trilijune puta, što rezultira ogromnom koncentracijom energije; Sonokemijski fenomeni i sonoluminiscencija uzrokovani visokom temperaturom i tlakom koje proizvode kavitacijski mjehurići jedinstveni su oblici izmjene energije i tvari u sonokemiji. Stoga ultrazvuk igra sve važniju ulogu u kemijskoj ekstrakciji, proizvodnji biodizela, organskoj sintezi, mikrobnoj obradi, razgradnji otrovnih organskih onečišćujućih tvari, brzini i prinosu kemijske reakcije, katalitičkoj učinkovitosti katalizatora, obradi biorazgradnje, ultrazvučnom sprječavanju i uklanjanju kamenca, drobljenju bioloških stanica, disperziji i aglomeraciji te sonokemijskoj reakciji.

1. ultrazvučno pojačana kemijska reakcija.

Ultrazvučno pojačana kemijska reakcija. Glavna pokretačka sila je ultrazvučna kavitacija. Urušavanje jezgre kavitirajućeg mjehurića stvara lokalnu visoku temperaturu, visoki tlak i snažan udar te mikro mlaz, što pruža novo i vrlo posebno fizičko i kemijsko okruženje za kemijske reakcije koje je teško ili nemoguće postići pod normalnim uvjetima.

2. Ultrazvučna katalitička reakcija.

Kao novo istraživačko područje, ultrazvučna katalitička reakcija privlači sve veći interes. Glavni učinci ultrazvuka na katalitičku reakciju su:

(1) Visoka temperatura i visoki tlak pogoduju razgradnji reaktanata u slobodne radikale i dvovalentni ugljik, stvarajući aktivnije reakcijske vrste;

(2) Udarni val i mikro mlaz imaju učinke desorpcije i čišćenja na čvrstoj površini (kao što je katalizator), što može ukloniti površinske reakcijske produkte ili međuprodukte i sloj pasivizacije površine katalizatora;

(3) Udarni val može uništiti strukturu reaktanta

(4) Sustav dispergiranih reaktanata;

(5) Ultrazvučna kavitacija erodira metalnu površinu, a udarni val dovodi do deformacije metalne rešetke i stvaranja unutarnje zone naprezanja, što poboljšava kemijsku reakcijsku aktivnost metala;

6) Potaknuti prodiranje otapala u krutinu kako bi se izazvala tzv. reakcija inkluzije;

(7) Za poboljšanje disperzije katalizatora, ultrazvuk se često koristi u pripremi katalizatora. Ultrazvučno zračenje može povećati površinu katalizatora, ravnomjernije raspršiti aktivne komponente i poboljšati katalitičku aktivnost.

3. Ultrazvučna polimerna kemija

Primjena ultrazvučne pozitivne polimerne kemije privukla je veliku pozornost. Ultrazvučna obrada može degradirati makromolekule, posebno polimere visoke molekularne težine. Celuloza, želatina, guma i proteini mogu se degradirati ultrazvučnom obradom. Trenutno se općenito vjeruje da je mehanizam ultrazvučne degradacije posljedica djelovanja sile i visokog tlaka kada kavitacijski mjehurić puca, a drugi dio degradacije može biti posljedica djelovanja topline. Pod određenim uvjetima, snažan ultrazvuk također može pokrenuti polimerizaciju. Snažno ultrazvučno zračenje može pokrenuti kopolimerizaciju polivinil alkohola i akrilonitrila za pripravu blok kopolimera, te kopolimerizaciju polivinil acetata i polietilen oksida za stvaranje cijepljenih kopolimera.

4. Nova tehnologija kemijskih reakcija poboljšana ultrazvučnim poljem

Kombinacija nove tehnologije kemijskih reakcija i poboljšanja ultrazvučnog polja još je jedan potencijalni smjer razvoja u području ultrazvučne kemije. Na primjer, superkritični fluid se koristi kao medij, a ultrazvučno polje se koristi za pojačavanje katalitičke reakcije. Na primjer, superkritični fluid ima gustoću sličnu tekućini, a viskoznost i koeficijent difuzije slične plinu, što čini njegovo otapanje ekvivalentnim tekućini, a kapacitet prijenosa mase ekvivalentnim plinu. Deaktivacija heterogenog katalizatora može se poboljšati korištenjem dobrih svojstava topljivosti i difuzije superkritičnog fluida, ali nesumnjivo je šlag na torti ako se ultrazvučno polje može koristiti za njegovo pojačavanje. Udarni val i mikro mlaz generirani ultrazvučnom kavitacijom ne samo da mogu uvelike poboljšati otapanje nekih tvari u superkritičnom fluidu što dovodi do deaktivacije katalizatora, igrati ulogu desorpcije i čišćenja te održavati katalizator aktivnim dulje vrijeme, već i igrati ulogu miješanja, što može dispergirati reakcijski sustav i podići brzinu prijenosa mase kemijske reakcije superkritičnog fluida na višu razinu. Osim toga, visoka temperatura i visoki tlak na lokalnoj točki nastaloj ultrazvučnom kavitacijom pogodovat će razgradnji reaktanata u slobodne radikale i uvelike ubrzati brzinu reakcije. Trenutno postoji mnogo studija o kemijskoj reakciji superkritične tekućine, ali malo je studija o pojačavanju takve reakcije ultrazvučnim poljem.

5. primjena ultrazvuka velike snage u proizvodnji biodizela

Ključ za pripremu biodizela je katalitička transesterifikacija glicerida masnih kiselina s metanolom i drugim alkoholima s niskim udjelom ugljika. Ultrazvuk očito može pojačati reakciju transesterifikacije, posebno za heterogene reakcijske sustave, može značajno poboljšati učinak miješanja (emulgiranja) i potaknuti indirektnu molekularnu kontaktnu reakciju, tako da se reakcija koja se izvorno morala provesti pod uvjetima visoke temperature (visokog tlaka) može dovršiti na sobnoj temperaturi (ili blizu sobne temperature) i skratiti vrijeme reakcije. Ultrazvučni val se ne koristi samo u procesu transesterifikacije, već i u odvajanju reakcijske smjese. Istraživači sa Sveučilišta Mississippi State u Sjedinjenim Državama koristili su ultrazvučnu obradu u proizvodnji biodizela. Prinos biodizela premašio je 99% unutar 5 minuta, dok je konvencionalnom šaržnom reaktorskom sustavu trebalo više od 1 sata.