Den tidlige bruken av ultralyd i biokjemi burde være å knuse celleveggen med ultralyd for å frigjøre innholdet. Senere studier har vist at lavintensitets ultralyd kan fremme den biokjemiske reaksjonsprosessen. For eksempel kan ultralydbestråling av flytende næringsbase øke vekstraten til algeceller, og dermed tredoble mengden protein som produseres av disse cellene.

Sammenlignet med energitettheten til kavitasjonsboblekollaps, har energitettheten til ultralydfeltet blitt forstørret med billioner av ganger, noe som resulterer i en enorm energikonsentrasjon. Sonokjemiske fenomener og sonoluminescens forårsaket av høy temperatur og trykk produsert av kavitasjonsbobler er unike former for energi- og materialutveksling innen sonokjemi. Derfor spiller ultralyd en stadig viktigere rolle i kjemisk ekstraksjon, biodieselproduksjon, organisk syntese, mikrobiell behandling, nedbrytning av giftige organiske forurensninger, kjemisk reaksjonshastighet og -utbytte, katalytisk effektivitet av katalysator, biologisk nedbrytningsbehandling, forebygging og fjerning av ultralydavleiringer, biologisk celleknusing, dispersjon og agglomerering, og sonokjemisk reaksjon.

1. ultralydforsterket kjemisk reaksjon.

Ultralydforsterket kjemisk reaksjon. Hoveddrivkraften er ultralydkavitasjon. Kollapsen av den kaviterende boblekjernen produserer lokal høy temperatur, høyt trykk og sterk støt og mikrostråle, som gir et nytt og helt spesielt fysisk og kjemisk miljø for kjemiske reaksjoner som er vanskelige eller umulige å oppnå under normale forhold.

2. Ultralydkatalytisk reaksjon.

Ultralydkatalytisk reaksjon har fått stadig mer interesse som et nytt forskningsfelt. Hovedeffektene av ultralyd på katalytisk reaksjon er:

(1) Høy temperatur og høyt trykk bidrar til at reaktantene omdannes til frie radikaler og toverdig karbon, og dermed dannes flere aktive reaksjonsarter;

(2) Sjokkbølger og mikrostråler har desorpsjons- og renseeffekter på faste overflater (som katalysatorer), som kan fjerne overflatereaksjonsprodukter eller mellomprodukter og katalysatorens overflatepassiveringslag;

(3) Sjokkbølge kan ødelegge reaktantstrukturen

(4) Dispergert reaktantsystem;

(5) Ultralydkavitasjon eroderer metalloverflaten, og sjokkbølgen fører til deformasjon av metallgitteret og dannelse av den indre tøyningssonen, noe som forbedrer metallets kjemiske reaksjonsaktivitet;

6) Få løsningsmidlet til å trenge inn i det faste stoffet for å produsere den såkalte inklusjonsreaksjonen;

(7) For å forbedre dispersjonen av katalysatoren brukes ofte ultralyd i fremstillingen av katalysatoren. Ultralydbestråling kan øke overflatearealet til katalysatoren, gjøre at de aktive komponentene dispergeres jevnere og forbedre den katalytiske aktiviteten.

3. Ultralydpolymerkjemi

Anvendelsen av ultralydpositiv polymerkjemi har fått mye oppmerksomhet. Ultralydbehandling kan degradere makromolekyler, spesielt polymerer med høy molekylvekt. Cellulose, gelatin, gummi og protein kan degraderes ved ultralydbehandling. For tiden antas det generelt at ultralydnedbrytningsmekanismen skyldes effekten av kraft og høyt trykk når kavitasjonsboblen sprekker, og den andre delen av nedbrytningen kan skyldes effekten av varme. Under visse forhold kan kraftbasert ultralyd også starte polymerisering. Sterk ultralydbestråling kan starte kopolymeriseringen av polyvinylalkohol og akrylnitril for å fremstille blokk-kopolymerer, og kopolymeriseringen av polyvinylacetat og polyetylenoksid for å danne podekopolymerer.

4. Ny kjemisk reaksjonsteknologi forbedret av ultralydfelt

Kombinasjonen av ny kjemisk reaksjonsteknologi og ultralydfeltforbedring er en annen potensiell utviklingsretning innen ultralydkjemi. For eksempel brukes superkritisk væske som medium, og ultralydfeltet brukes til å styrke den katalytiske reaksjonen. For eksempel har superkritisk væske en tetthet som ligner på væske og en viskositet og diffusjonskoeffisient som ligner på gass, noe som gjør at oppløsningen tilsvarer væske og masseoverføringskapasiteten tilsvarer gass. Deaktiveringen av heterogen katalysator kan forbedres ved å bruke de gode løselighets- og diffusjonsegenskapene til superkritisk væske, men det er utvilsomt prikken over i-en hvis ultralydfeltet kan brukes til å styrke den. Sjokkbølgen og mikrostrålen som genereres av ultralydkavitasjon kan ikke bare i stor grad forbedre den superkritiske væskens evne til å løse opp noen stoffer som fører til katalysatordeaktivering, spille rollen som desorpsjon og rengjøring, og holde katalysatoren aktiv i lang tid, men også spille rollen som omrøring, noe som kan dispergere reaksjonssystemet og øke masseoverføringshastigheten til den kjemiske reaksjonen til superkritisk væske. I tillegg vil den høye temperaturen og det høye trykket på det lokale punktet som dannes av ultralydkavitasjon bidra til krakking av reaktanter til frie radikaler og akselerere reaksjonshastigheten betraktelig. For tiden finnes det mange studier på den kjemiske reaksjonen til superkritisk væske, men få studier på forbedring av slike reaksjoner ved hjelp av ultralydfelt.

5. bruk av høyeffekts ultralyd i biodieselproduksjon

Nøkkelen til fremstilling av biodiesel er katalytisk transesterifisering av fettsyreglyserid med metanol og andre lavkarbonalkoholer. Ultralyd kan åpenbart styrke transesterifiseringsreaksjonen, spesielt for heterogene reaksjonssystemer. Det kan forbedre blandingseffekten (emulgeringseffekten) betydelig og fremme den indirekte molekylære kontaktreaksjonen, slik at reaksjonen som opprinnelig skulle utføres under høye temperaturer (høyt trykk) kan fullføres ved romtemperatur (eller nær romtemperatur), og forkorte reaksjonstiden. Ultralydbølger brukes ikke bare i transesterifiseringsprosessen, men også i separasjonen av reaksjonsblandingen. Forskere fra Mississippi State University i USA brukte ultralydprosessering i produksjonen av biodiesel. Utbyttet av biodiesel oversteg 99 % i løpet av 5 minutter, mens det konvensjonelle batchreaktorsystemet tok mer enn 1 time.