Agrīnai ultraskaņas izmantošanai bioķīmijā vajadzētu būt šūnu sienas sagraušanai ar ultraskaņu, lai atbrīvotu tās saturu.Turpmākie pētījumi ir parādījuši, ka zemas intensitātes ultraskaņa var veicināt bioķīmiskās reakcijas procesu.Piemēram, šķidrās barības vielu bāzes ultraskaņas apstarošana var palielināt aļģu šūnu augšanas ātrumu, tādējādi trīs reizes palielinot šo šūnu saražoto olbaltumvielu daudzumu.

Salīdzinot ar kavitācijas burbuļa sabrukšanas enerģijas blīvumu, ultraskaņas skaņas lauka enerģijas blīvums ir palielināts triljoniem reižu, kā rezultātā ir izveidota milzīga enerģijas koncentrācija;Sonoķīmiskās parādības un sonoluminiscence, ko izraisa augsta temperatūra un spiediens, ko rada kavitācijas burbuļi, ir unikālas enerģijas un materiālu apmaiņas formas sonoķīmijā.Tāpēc ultraskaņai ir arvien lielāka nozīme ķīmiskajā ekstrakcijā, biodīzeļdegvielas ražošanā, organiskajā sintēzē, mikrobu apstrādē, toksisko organisko piesārņotāju noārdīšanā, ķīmiskās reakcijas ātrumā un iznākumā, katalizatora katalītiskajā efektivitātē, bioloģiskās noārdīšanās apstrādē, ultraskaņas skalas novēršanā un izņemšanā, bioloģisko šūnu sasmalcināšanā. , dispersija un aglomerācija, un sonoķīmiskā reakcija.

1. ultraskaņas pastiprināta ķīmiskā reakcija.

Ultraskaņas pastiprināta ķīmiskā reakcija.Galvenais dzinējspēks ir ultraskaņas kavitācija.Kavitējošā burbuļa kodola sabrukšana rada lokālu augstu temperatūru, augstu spiedienu un spēcīgu triecienu un mikrostrūklu, kas nodrošina jaunu un ļoti īpašu fizikālo un ķīmisko vidi ķīmiskām reakcijām, kuras ir grūti vai neiespējami sasniegt normālos apstākļos.

2. Ultraskaņas katalītiskā reakcija.

Kā jauna pētniecības joma ultraskaņas katalītiskā reakcija ir piesaistījusi arvien lielāku interesi.Ultraskaņas galvenā ietekme uz katalītisko reakciju ir:

(1) Augsta temperatūra un augsts spiediens veicina reaģentu plaisāšanu brīvajos radikāļos un divvērtīgā oglekli, veidojot aktīvākas reakcijas formas;

(2) Trieciena vilnim un mikrostrūklai ir desorbcijas un tīrīšanas efekts uz cietas virsmas (piemēram, katalizators), kas var noņemt virsmas reakcijas produktus vai starpproduktus un katalizatora virsmas pasivācijas slāni;

(3) Trieciena vilnis var iznīcināt reaģenta struktūru

(4) Disperģētā reaģenta sistēma;

(5) Ultraskaņas kavitācija grauj metāla virsmu, un triecienvilnis noved pie metāla režģa deformācijas un iekšējās deformācijas zonas veidošanās, kas uzlabo metāla ķīmiskās reakcijas aktivitāti;

6) Veicināt šķīdinātāja iekļūšanu cietā vielā, lai radītu tā saukto iekļaušanas reakciju;

(7) Lai uzlabotu katalizatora izkliedi, katalizatora sagatavošanā bieži izmanto ultraskaņu.Ultraskaņas apstarošana var palielināt katalizatora virsmas laukumu, padarīt aktīvās sastāvdaļas vienmērīgāk izkliedētas un uzlabot katalītisko aktivitāti.

3. Ultraskaņas polimēru ķīmija

Ultraskaņas pozitīvās polimēru ķīmijas pielietojums ir piesaistījis plašu uzmanību.Ultraskaņas apstrāde var noārdīt makromolekulas, īpaši augstas molekulmasas polimērus.Celulozi, želatīnu, gumiju un olbaltumvielas var noārdīt ar ultraskaņas apstrādi.Pašlaik parasti tiek uzskatīts, ka ultraskaņas degradācijas mehānisms ir saistīts ar spēka un augsta spiediena ietekmi, kad kavitācijas burbulis pārsprāgst, un otra degradācijas daļa var būt saistīta ar siltuma iedarbību.Noteiktos apstākļos jaudas ultraskaņa var arī uzsākt polimerizāciju.Spēcīga ultraskaņas apstarošana var ierosināt polivinilspirta un akrilnitrila kopolimerizāciju, lai iegūtu blokkopolimērus, un polivinilacetāta un polietilēna oksīda kopolimerizāciju, lai veidotu potēšanas kopolimērus.

4. Jauna ķīmisko reakciju tehnoloģija, ko uzlabo ultraskaņas lauks

Jaunas ķīmiskās reakcijas tehnoloģijas un ultraskaņas lauka uzlabošanas kombinācija ir vēl viens potenciāls attīstības virziens ultraskaņas ķīmijas jomā.Piemēram, superkritiskais šķidrums tiek izmantots kā barotne, un ultraskaņas lauks tiek izmantots, lai stiprinātu katalītisko reakciju.Piemēram, superkritiskā šķidruma blīvums ir līdzīgs šķidrumam un viskozitāte un difūzijas koeficients līdzīgs gāzei, kas padara tā šķīdināšanu līdzvērtīgu šķidrumam un tā masas pārneses spēju līdzvērtīgu gāzei.Neviendabīga katalizatora dezaktivāciju var uzlabot, izmantojot superkritiskā šķidruma labās šķīdības un difūzijas īpašības, taču tas neapšaubāmi ir glazūra uz kūkas, ja tā stiprināšanai var izmantot ultraskaņas lauku.Ultraskaņas kavitācijas radītais triecienvilnis un mikrostrūkla var ne tikai ievērojami uzlabot superkritisko šķidrumu, lai izšķīdinātu dažas vielas, kas izraisa katalizatora dezaktivāciju, veic desorbcijas un tīrīšanas lomu, kā arī ilgstoši uztur katalizatoru aktīvu, bet arī var Maisīšanas loma, kas var izkliedēt reakcijas sistēmu un paaugstināt superkritiskā šķidruma ķīmiskās reakcijas masas pārneses ātrumu.Turklāt augstā temperatūra un augstais spiediens vietējā punktā, ko veido ultraskaņas kavitācija, veicinās reaģentu plaisāšanu brīvajos radikāļos un ievērojami paātrinās reakcijas ātrumu.Pašlaik ir daudz pētījumu par superkritiskā šķidruma ķīmisko reakciju, bet daži pētījumi par šādas reakcijas uzlabošanu ar ultraskaņas lauku.

5. lieljaudas ultraskaņas pielietojums biodīzeļdegvielas ražošanā

Biodīzeļdegvielas sagatavošanas atslēga ir taukskābju glicerīda katalītiskā pāresterifikācija ar metanolu un citiem zema oglekļa satura spirtiem.Ultraskaņa acīmredzami var pastiprināt pāresterifikācijas reakciju, jo īpaši neviendabīgām reakciju sistēmām, tā var ievērojami uzlabot sajaukšanas (emulgācijas) efektu un veicināt netiešo molekulāro kontakta reakciju, lai reakcija sākotnēji būtu jāveic augstas temperatūras (augsta spiediena) apstākļos. var pabeigt istabas temperatūrā (vai tuvu istabas temperatūrai), un saīsināt reakcijas laiku.Ultraskaņas vilnis tiek izmantots ne tikai pāresterifikācijas procesā, bet arī reakcijas maisījuma atdalīšanai.Pētnieki no Misisipi štata universitātes ASV izmantoja ultraskaņas apstrādi biodīzeļdegvielas ražošanā.Biodīzeļdegvielas iznākums pārsniedza 99% 5 minūšu laikā, bet parastā pakešu reaktora sistēma prasīja vairāk nekā 1 stundu.