היישום המוקדם של אולטרסאונד בביוכימיה צריך להיות לנפץ את דופן התא עם אולטרסאונד כדי לשחרר את תוכנו.מחקרים שלאחר מכן הראו שאולטרסאונד בעצימות נמוכה יכול לקדם את תהליך התגובה הביוכימית.לדוגמה, הקרנה קולית של בסיס נוזלי תזונתי יכולה להגביר את קצב הגדילה של תאי אצות, ובכך להגדיל את כמות החלבון המיוצרים על ידי תאים אלו פי שלושה.

בהשוואה לצפיפות האנרגיה של קריסת בועות קוויטציה, צפיפות האנרגיה של שדה קול קולי גדלה בטריליוני פעמים, וכתוצאה מכך נוצר ריכוז עצום של אנרגיה;תופעות סונוכימיות וסונולומינסנציה הנגרמות על ידי טמפרטורה ולחץ גבוהים המיוצרים על ידי בועות קוויטציה הן צורות ייחודיות של חילופי אנרגיה וחומרים בסונוכימיה.לכן, אולטרסאונד משחק תפקיד חשוב יותר ויותר במיצוי כימי, ייצור ביו-דיזל, סינתזה אורגנית, טיפול מיקרוביאלי, פירוק מזהמים אורגניים רעילים, מהירות תגובה כימית ותפוקה, יעילות קטליטית של זרז, טיפול בפירוק ביולוגי, מניעה והסרה של אבנית קולית, ריסוק תאים ביולוגיים. , פיזור ואגלומרציה ותגובה סונוכימית.

1. תגובה כימית משופרת על-קולית.

תגובה כימית מוגברת באולטרסאונד.הכוח המניע העיקרי הוא קוויטציה קולית.קריסת ליבת הבועות המנקרת מייצרת טמפרטורה מקומית גבוהה, לחץ גבוה והשפעה חזקה ומיקרו סילון, המספק סביבה פיזית וכימית חדשה ומיוחדת מאוד לתגובות כימיות שקשה או בלתי אפשרי להשיג בתנאים רגילים.

2. תגובה קטליטית אולטרסאונד.

כתחום מחקר חדש, תגובה קטליטית קולית משכה יותר ויותר עניין.ההשפעות העיקריות של אולטרסאונד על תגובה קטליטית הן:

(1) טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה תורמים לפיצוח של מגיבים לרדיקלים חופשיים ופחמן דו ערכי, ויוצרים מיני תגובה פעילים יותר;

(2) לגל הלם ולסילון מיקרו יש השפעות ספיחה וניקוי על משטח מוצק (כגון זרז), אשר יכול להסיר תוצרי תגובה משטח או תוצרי ביניים ושכבת פסיבציה של משטח הזרז;

(3) גל הלם עלול להרוס את מבנה המגיבים

(4) מערכת מגיבים מפוזרים;

(5) קוויטציה קולית שוחקת את פני המתכת, וגל ההלם מוביל לעיוות של סריג המתכת ולהיווצרות אזור המתח הפנימי, המשפר את פעילות התגובה הכימית של המתכת;

6) לקדם את הממס לחדור לתוך המוצק כדי לייצר את מה שנקרא תגובת הכללה;

(7) כדי לשפר את הפיזור של זרז, אולטרסאונד משמש לעתים קרובות בהכנת זרז.הקרנה אולטרסאונד יכולה להגדיל את שטח הפנים של הזרז, לגרום לרכיבים הפעילים להתפזר בצורה אחידה יותר ולשפר את הפעילות הקטליטית.

3. כימיה פולימר אולטרסאונד

היישום של כימיה פולימר חיובית קולית משך תשומת לב רבה.טיפול אולטראסוני יכול לבזות מקרומולקולות, במיוחד פולימרים בעלי משקל מולקולרי גבוה.תאית, ג'לטין, גומי וחלבון ניתנים לפירוק על ידי טיפול קולי.כיום, נהוג להאמין שמנגנון הפירוק האולטראסוני נובע מהשפעת הכוח והלחץ הגבוה כאשר בועת הקוויטציה מתפוצצת, והחלק השני של השפלה עשוי לנבוע מהשפעת החום.בתנאים מסוימים, אולטרסאונד כוח יכול גם ליזום פילמור.הקרנת אולטרסאונד חזקה יכולה ליזום את הקופולימריזציה של אלכוהול פוליוויניל ואקרילוניטריל להכנת קופולימרים בלוק, וקופולימריזציה של פוליוויניל אצטט ופוליאתילן אוקסיד ליצירת קופולימרים שתל.

4. טכנולוגיית תגובה כימית חדשה משופרת על ידי שדה קולי

השילוב של טכנולוגיית תגובה כימית חדשה ושיפור שדה קולי הוא כיוון פיתוח פוטנציאלי נוסף בתחום הכימיה האולטסונית.לדוגמה, הנוזל העל-קריטי משמש כמדיום, והשדה האולטראסוני משמש לחיזוק התגובה הקטליטית.לדוגמה, לנוזל סופר-קריטי יש צפיפות דומה לנוזל ומקדם הצמיגות והדיפוזיה דומים לגז, מה שהופך את פירוקו לשקול לנוזל ויכולת העברת המסה שלו לשקולה לגז.ניתן לשפר את הנטרול של זרז הטרוגני על ידי שימוש בתכונות המסיסות והדיפוזיה הטובות של נוזל סופר קריטי, אבל זה ללא ספק הדובדבן שבקצפת אם ניתן להשתמש בשדה קולי כדי לחזק אותו.גל ההלם וסילון המיקרו הנוצרים על ידי קוויטציה קולית יכולים לא רק לשפר מאוד את הנוזל העל-קריטי כדי להמיס כמה חומרים המובילים לנטרול זרז, לשחק את התפקיד של ספיחה וניקוי, ולשמור על הזרז פעיל לאורך זמן, אלא גם לשחק את תפקיד של ערבוב, שיכול לפזר את מערכת התגובה, ולהפוך את קצב העברת המסה של תגובה כימית של נוזל סופר-קריטי לרמה גבוהה יותר.בנוסף, הטמפרטורה הגבוהה והלחץ הגבוה בנקודה המקומית הנוצרים על ידי קירוב קולי יסייעו לפיצוח של מגיבים לרדיקלים חופשיים ויזרזו מאוד את קצב התגובה.נכון לעכשיו, ישנם מחקרים רבים על התגובה הכימית של נוזל סופר קריטי, אך מעט מחקרים על שיפור תגובה כזו על ידי שדה קולי.

5. יישום של אולטרסאונד בעוצמה גבוהה בייצור ביודיזל

המפתח להכנת ביו-דיזל הוא טרנסיפיקציה קטליטית של גליצריד חומצת שומן עם מתנול וכוהלים דלי פחמן אחרים.אולטרסאונד יכול כמובן לחזק את תגובת ההאסטריפיקציה, במיוחד עבור מערכות תגובה הטרוגניות, זה יכול לשפר משמעותית את אפקט הערבוב (האמולסיפיקציה) ולקדם את תגובת המגע המולקולרית העקיפה, כך שהתגובה נדרשה במקור להתבצע בתנאי טמפרטורה גבוהה (לחץ גבוה). ניתן להשלים בטמפרטורת החדר (או קרוב לטמפרטורת החדר), ולקצר את זמן התגובה.גל אולטראסוני משמש לא רק בתהליך ההאסטריפיקציה, אלא גם בהפרדת תערובת התגובה.חוקרים מאוניברסיטת מיסיסיפי סטייט בארצות הברית השתמשו בעיבוד קולי בייצור ביו-דיזל.התפוקה של ביו-דיזל עלתה על 99% תוך 5 דקות, בעוד שמערכת הכור האצווה הרגילה ארכה יותר משעה.