Aplicarea timpurie a ultrasunetelor în biochimie ar trebui să fie de a sparge peretele celular cu ultrasunete pentru a elibera conținutul acestuia.Studiile ulterioare au arătat că ultrasunetele de intensitate scăzută pot promova procesul de reacție biochimică.De exemplu, iradierea cu ultrasunete a bazei nutritive lichide poate crește rata de creștere a celulelor algelor, crescând astfel de trei ori cantitatea de proteină produsă de aceste celule.

În comparație cu densitatea energetică a colapsului bulei de cavitație, densitatea energetică a câmpului sonor ultrasonic a fost mărită de trilioane de ori, rezultând o concentrație uriașă de energie;Fenomenele sonochimice și sonoluminiscența cauzate de temperatură și presiune ridicată produse de bulele de cavitație sunt forme unice de energie și schimb de materiale în sonochimie.Prin urmare, ultrasunetele joacă un rol din ce în ce mai important în extracția chimică, producția de biodiesel, sinteza organică, tratarea microbiană, degradarea poluanților organici toxici, viteza reacției chimice și randamentul, eficiența catalitică a catalizatorului, tratamentul biodegradării, prevenirea și îndepărtarea depunerilor cu ultrasunete, zdrobirea celulelor biologice. , dispersie și aglomerare și reacție sonochimică.

1. reacție chimică îmbunătățită cu ultrasunete.

Reacție chimică îmbunătățită cu ultrasunete.Forța motrice principală este cavitația ultrasonică.Prăbușirea miezului cu bule de cavitate produce temperatură locală ridicată, presiune ridicată și impact puternic și micro jet, care oferă un mediu fizic și chimic nou și foarte special pentru reacții chimice care sunt dificil sau imposibil de realizat în condiții normale.

2. Reacție catalitică cu ultrasunete.

Ca un nou domeniu de cercetare, reacția catalitică cu ultrasunete a atras tot mai mult interes.Principalele efecte ale ultrasunetelor asupra reacției catalitice sunt:

(1) Temperatura ridicată și presiunea ridicată sunt propice cracarea reactanților în radicali liberi și carbon divalent, formând specii de reacție mai active;

(2) Unda de șoc și microjet au efecte de desorbție și curățare pe suprafața solidă (cum ar fi catalizatorul), care pot elimina produsele de reacție de suprafață sau intermediarii și stratul de pasivizare a suprafeței catalizatorului;

(3) Unda de șoc poate distruge structura reactanților

(4) Sistem reactant dispersat;

(5) Cavitația cu ultrasunete erodează suprafața metalului, iar unda de șoc duce la deformarea rețelei metalice și la formarea zonei de deformare internă, ceea ce îmbunătățește activitatea de reacție chimică a metalului;

6) Promovați ca solventul să pătrundă în solid pentru a produce așa-numita reacție de incluziune;

(7) Pentru a îmbunătăți dispersia catalizatorului, ultrasunetele sunt adesea folosite la prepararea catalizatorului.Iradierea cu ultrasunete poate crește suprafața catalizatorului, poate face ca componentele active să se disperseze mai uniform și să sporească activitatea catalitică.

3. Chimia polimerilor cu ultrasunete

Aplicarea chimiei polimerilor pozitivi cu ultrasunete a atras o atenție extinsă.Tratamentul cu ultrasunete poate degrada macromoleculele, în special polimerii cu greutate moleculară mare.Celuloza, gelatina, cauciucul și proteinele pot fi degradate prin tratament cu ultrasunete.În prezent, se crede în general că mecanismul de degradare cu ultrasunete se datorează efectului forței și presiunii ridicate atunci când bula de cavitație izbucnește, iar cealaltă parte a degradării se poate datora efectului căldurii.În anumite condiții, ultrasunetele de putere pot iniția și polimerizarea.Iradierea puternică cu ultrasunete poate iniția copolimerizarea alcoolului polivinilic și a acrilonitrilului pentru a prepara copolimeri bloc și copolimerizarea acetatului de polivinil și a oxidului de polietilenă pentru a forma copolimeri grefați.

4. Nouă tehnologie de reacție chimică îmbunătățită de câmpul ultrasonic

Combinația dintre noile tehnologii de reacție chimică și îmbunătățirea câmpului ultrasonic este o altă direcție potențială de dezvoltare în domeniul chimiei ultrasonice.De exemplu, fluidul supercritic este utilizat ca mediu, iar câmpul ultrasonic este folosit pentru a întări reacția catalitică.De exemplu, fluidul supercritic are densitatea similară lichidului și coeficientul de vâscozitate și difuzie similar gazului, ceea ce face ca dizolvarea sa să fie echivalentă cu lichidul și capacitatea sa de transfer de masă echivalentă cu gazul.Dezactivarea catalizatorului eterogen poate fi îmbunătățită prin utilizarea proprietăților bune de solubilitate și difuzie ale fluidului supercritic, dar este, fără îndoială, cireașa de pe tort dacă câmpul ultrasonic poate fi folosit pentru a-l întări.Unda de șoc și microjetul generate de cavitația ultrasonică nu numai că pot îmbunătăți foarte mult fluidul supercritic pentru a dizolva unele substanțe care duc la dezactivarea catalizatorului, joacă rolul de desorbție și curățare și mențin catalizatorul activ pentru o lungă perioadă de timp, dar joacă și rolul de agitare, care poate dispersa sistemul de reacție și poate face rata de transfer de masă a reacției chimice a fluidului supercritic la un nivel mai ridicat.În plus, temperatura ridicată și presiunea ridicată în punctul local format de cavitația cu ultrasunete vor conduce la cracarea reactanților în radicali liberi și vor accelera foarte mult viteza de reacție.În prezent, există multe studii privind reacția chimică a fluidului supercritic, dar puține studii privind îmbunătățirea unei astfel de reacții prin câmpul ultrasonic.

5. aplicarea ultrasunetelor de mare putere în producția de biodiesel

Cheia pentru prepararea biodieselului este transesterificarea catalitică a gliceridei de acizi grași cu metanol și alți alcooli cu conținut scăzut de carbon.În mod evident, ultrasunetele pot întări reacția de transesterificare, în special pentru sistemele de reacție eterogene, pot îmbunătăți în mod semnificativ efectul de amestecare (emulsionare) și pot promova reacția de contact molecular indirect, astfel încât reacția inițial trebuia să fie efectuată în condiții de temperatură înaltă (presiune înaltă). poate fi completat la temperatura camerei (sau aproape de temperatura camerei), și scurtează timpul de reacție.Unda ultrasonică nu este utilizată numai în procesul de transesterificare, ci și în separarea amestecului de reacție.Cercetătorii de la Universitatea de Stat din Mississippi din Statele Unite au folosit prelucrarea cu ultrasunete în producția de biodiesel.Randamentul de biodiesel a depășit 99% în 5 minute, în timp ce sistemul convențional de reactor discontinuu a durat mai mult de 1 oră.