L'aplicació inicial dels ultrasons en bioquímica hauria de ser la de trencar la paret cel·lular amb ultrasons per alliberar el seu contingut. Estudis posteriors han demostrat que els ultrasons de baixa intensitat poden promoure el procés de reacció bioquímica. Per exemple, la irradiació ultrasònica d'una base de nutrients líquida pot augmentar la taxa de creixement de les cèl·lules d'algues, augmentant així tres vegades la quantitat de proteïna produïda per aquestes cèl·lules.

En comparació amb la densitat d'energia del col·lapse de les bombolles de cavitació, la densitat d'energia del camp sonor ultrasònic s'ha ampliat bilions de vegades, donant lloc a una enorme concentració d'energia; Els fenòmens sonoquímics i la sonoluminescència causats per l'alta temperatura i pressió produïdes per les bombolles de cavitació són formes úniques d'intercanvi d'energia i materials en sonoquímica. Per tant, els ultrasons tenen un paper cada cop més important en l'extracció química, la producció de biodièsel, la síntesi orgànica, el tractament microbià, la degradació de contaminants orgànics tòxics, la velocitat i el rendiment de la reacció química, l'eficiència catalítica del catalitzador, el tractament de biodegradació, la prevenció i eliminació d'escala ultrasònica, la trituració, la dispersió i l'aglomeració de cèl·lules biològiques i la reacció sonoquímica.

1. reacció química millorada per ultrasons.

Reacció química millorada per ultrasons. La principal força impulsora és la cavitació ultrasònica. El col·lapse del nucli de la bombolla cavitant produeix una temperatura local elevada, una pressió elevada i un fort impacte i microdots, que proporcionen un entorn físic i químic nou i molt especial per a reaccions químiques que són difícils o impossibles d'aconseguir en condicions normals.

2. Reacció catalítica ultrasònica.

Com a nou camp de recerca, la reacció catalítica per ultrasons ha despertat cada cop més interès. Els principals efectes dels ultrasons sobre la reacció catalítica són:

(1) L'alta temperatura i l'alta pressió afavoreixen la desintegració dels reactius en radicals lliures i carboni divalent, formant espècies de reacció més actives;

(2) L'ona de xoc i el microdot tenen efectes de desorció i neteja sobre la superfície sòlida (com ara el catalitzador), que poden eliminar productes o intermediaris de reacció superficial i la capa de passivació de la superfície del catalitzador;

(3) L'ona de xoc pot destruir l'estructura reactiva

(4) Sistema de reactius dispersos;

(5) La cavitació ultrasònica erosiona la superfície metàl·lica i l'ona de xoc provoca la deformació de la xarxa metàl·lica i la formació de la zona de tensió interna, cosa que millora l'activitat de reacció química del metall;

6) Promoure la penetració del dissolvent al sòlid per produir l'anomenada reacció d'inclusió;

(7) Per millorar la dispersió del catalitzador, sovint s'utilitzen ultrasons en la preparació del catalitzador. La irradiació ultrasònica pot augmentar la superfície del catalitzador, fer que els components actius es dispersin de manera més uniforme i millorar l'activitat catalítica.

3. Química de polímers ultrasònics

L'aplicació de la química de polímers positius per ultrasons ha atret una gran atenció. El tractament per ultrasons pot degradar macromolècules, especialment polímers d'alt pes molecular. La cel·lulosa, la gelatina, el cautxú i les proteïnes es poden degradar mitjançant el tractament per ultrasons. Actualment, es creu generalment que el mecanisme de degradació per ultrasons es deu a l'efecte de la força i l'alta pressió quan esclata la bombolla de cavitació, i l'altra part de la degradació pot ser deguda a l'efecte de la calor. En determinades condicions, els ultrasons de potència també poden iniciar la polimerització. La irradiació per ultrasons forta pot iniciar la copolimerització de l'alcohol polivinílic i l'acrilonitril per preparar copolímers de bloc, i la copolimerització de l'acetat de polivinil i l'òxid de polietilè per formar copolímers d'empelt.

4. Nova tecnologia de reacció química millorada pel camp ultrasònic

La combinació de la nova tecnologia de reacció química i la millora del camp ultrasònic és una altra possible direcció de desenvolupament en el camp de la química ultrasònica. Per exemple, el fluid supercrític s'utilitza com a medi i el camp ultrasònic s'utilitza per enfortir la reacció catalítica. Per exemple, el fluid supercrític té una densitat similar al líquid i una viscositat i un coeficient de difusió similars al gas, cosa que fa que la seva dissolució sigui equivalent al líquid i la seva capacitat de transferència de massa sigui equivalent al gas. La desactivació del catalitzador heterogeni es pot millorar mitjançant les bones propietats de solubilitat i difusió del fluid supercrític, però sens dubte és la cirereta del pastís si es pot utilitzar el camp ultrasònic per enfortir-lo. L'ona de xoc i el microdot generats per la cavitació ultrasònica no només poden millorar considerablement el fluid supercrític per dissoldre algunes substàncies que condueixen a la desactivació del catalitzador, tenir el paper de desorció i neteja i mantenir el catalitzador actiu durant molt de temps, sinó que també tenen el paper d'agitació, cosa que pot dispersar el sistema de reacció i fer que la velocitat de transferència de massa de la reacció química del fluid supercrític arribi a un nivell més alt. A més, l'alta temperatura i l'alta pressió en el punt local format per la cavitació ultrasònica seran propícies per a la desintegració dels reactius en radicals lliures i acceleraran considerablement la velocitat de reacció. Actualment, hi ha molts estudis sobre la reacció química del fluid supercrític, però pocs estudis sobre la millora d'aquesta reacció mitjançant un camp ultrasònic.

5. aplicació d'ultrasons d'alta potència en la producció de biodièsel

La clau per a la preparació del biodièsel és la transesterificació catalítica del glicèrid d'àcids grassos amb metanol i altres alcohols baixos en carboni. Els ultrasons poden enfortir òbviament la reacció de transesterificació, especialment per a sistemes de reacció heterogenis, ja que poden millorar significativament l'efecte de barreja (emulsificació) i promoure la reacció de contacte molecular indirecte, de manera que la reacció que originalment s'havia de dur a terme a alta temperatura (alta pressió) es pot completar a temperatura ambient (o propera a la temperatura ambient) i escurçar el temps de reacció. L'ona ultrasònica no només s'utilitza en el procés de transesterificació, sinó també en la separació de la mescla de reacció. Investigadors de la Universitat Estatal de Mississippi als Estats Units van utilitzar el processament per ultrasons en la producció de biodièsel. El rendiment del biodièsel va superar el 99% en 5 minuts, mentre que el sistema de reactor per lots convencional va trigar més d'1 hora.