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 stopu rasta stanica algi, povećavajući tako količinu proteina koju te stanice proizvode za tri puta.

U usporedbi s gustoćom energije kolapsa kavitacijskog mjehurića, gustoća energije ultrazvučnog zvučnog polja povećana je bilijunima puta, što je rezultiralo ogromnom koncentracijom energije;Sonokemijski fenomeni i sonoluminiscencija uzrokovani visokom temperaturom i tlakom koji stvaraju kavitacijski mjehurići jedinstveni su oblici izmjene energije i materijala u sonokemiji.Stoga ultrazvuk igra sve važniju ulogu u kemijskoj ekstrakciji, proizvodnji biodizela, organskoj sintezi, mikrobnoj obradi, razgradnji toksičnih organskih zagađivača, brzini i prinosu kemijske reakcije, katalitičkoj učinkovitosti katalizatora, obradi biorazgradnje, ultrazvučnom sprječavanju i uklanjanju kamenca, drobljenju bioloških stanica , disperzija i aglomeracija i sonokemijska reakcija.

1. ultrazvučno pojačana kemijska reakcija.

Ultrazvučno pojačana kemijska reakcija.Glavna pokretačka snaga je ultrazvučna kavitacija.Kolaps jezgre kavitirajućeg mjehurića proizvodi lokalnu visoku temperaturu, visoki tlak i snažan udar i mikro mlaz, koji pruža novo i vrlo posebno fizičko i kemijsko okruženje za kemijske reakcije koje je teško ili nemoguće postići u normalnim uvjetima.

2. Ultrazvučna katalitička reakcija.

Kao novo polje istraživanja, ultrazvučna katalitička reakcija privlači sve više i više interesa.Glavni učinci ultrazvuka na katalitičku reakciju su:

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

(2) Udarni val i mikromlaz imaju učinke desorpcije i čišćenja čvrste površine (kao što je katalizator), što može ukloniti površinske reakcijske produkte ili međuproizvode i površinski pasivacijski sloj katalizatora;

(3) Udarni val može uništiti strukturu reaktanta

(4) Sustav dispergiranih reaktanata;

(5) Ultrazvučna kavitacija nagriza metalnu površinu, a udarni val dovodi do deformacije metalne rešetke i stvaranja unutarnje zone deformacije, što poboljšava aktivnost kemijske reakcije metala;

6) Pospješiti prodiranje otapala u krutinu kako bi se proizvela takozvana inkluzijska reakcija;

(7) Kako bi se poboljšala disperzija katalizatora, ultrazvuk se često koristi u pripremi katalizatora.Ultrazvučno zračenje može povećati površinu katalizatora, učiniti da se aktivne komponente ravnomjernije rasprše i pojačati katalitičku aktivnost.

3. Ultrazvučna kemija polimera

Primjena ultrazvučne pozitivne kemije polimera privukla je veliku pozornost.Tretman ultrazvukom može razgraditi makromolekule, osobito polimere visoke molekularne težine.Celuloza, želatina, guma i proteini mogu se razgraditi ultrazvučnom obradom.Trenutačno se općenito vjeruje da je mehanizam ultrazvučne degradacije posljedica učinka sile i visokog tlaka kada kavitacijski mjehurić pukne, a drugi dio degradacije može biti posljedica učinka topline.Pod određenim uvjetima, moćni ultrazvuk također može pokrenuti polimerizaciju.Snažno ultrazvučno zračenje može pokrenuti kopolimerizaciju polivinil alkohola i akrilonitrila za pripremu blok kopolimera, te kopolimerizaciju polivinil acetata i polietilen oksida za formiranje cijepljenih kopolimera.

4. Nova tehnologija kemijske reakcije poboljšana ultrazvučnim poljem

Kombinacija nove tehnologije kemijske reakcije i pojačanja ultrazvučnog polja još je jedan potencijalni smjer razvoja u polju ultrazvučne kemije.Na primjer, superkritična tekućina se koristi kao medij, a ultrazvučno polje se koristi za jačanje katalitičke reakcije.Na primjer, superkritični fluid ima gustoću sličnu tekućini, a viskoznost i koeficijent difuzije sličan plinu, što njegovu otapanje čini ekvivalentnom tekućini, a kapacitet prijenosa mase plinu.Dezaktivacija heterogenog katalizatora može se poboljšati korištenjem dobre topivosti i difuzijskih svojstava superkritične tekućine, ali nedvojbeno je šlag na torti ako se ultrazvučno polje može koristiti za njegovo jačanje.Udarni val i mikro mlaz generirani ultrazvučnom kavitacijom ne samo da mogu uvelike poboljšati superkritičnu tekućinu za otapanje nekih tvari koje dovode do deaktivacije katalizatora, igraju ulogu desorpcije i čišćenja i održavaju katalizator aktivnim dugo vremena, već također igraju ulogu miješanja, koja može raspršiti reakcijski sustav i podići brzinu prijenosa mase kemijske reakcije superkritične tekućine na višu razinu.Osim toga, visoka temperatura i visoki tlak na lokalnoj točki formirani ultrazvučnom kavitacijom pogodovat će pucanju reaktanata u slobodne radikale i uvelike ubrzati brzinu reakcije.Trenutačno postoje mnoge studije o kemijskoj reakciji superkritične tekućine, ali malo studija o pojačavanju takve reakcije ultrazvučnim poljem.

5. Primjena ultrazvuka velike snage u proizvodnji biodizela

Ključ za pripremu biodizela je katalitička transesterifikacija glicerida masne kiseline s metanolom i drugim alkoholima s niskim udjelom ugljika.Ultrazvuk očito može ojačati reakciju transesterifikacije, posebno za heterogene reakcijske sustave, može značajno poboljšati učinak miješanja (emulzifikacije) i pospješiti reakciju neizravnog molekularnog kontakta, tako da se reakcija prvobitno trebala provesti pod uvjetima visoke temperature (visokog tlaka). može se završiti na sobnoj temperaturi (ili blizu sobne temperature), i skratiti vrijeme reakcije.Ultrazvučni val se ne koristi samo u procesu transesterifikacije, već iu 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.