L'aplicació primerenca dels ultrasons en bioquímica hauria de ser trencar la paret cel·lular amb ultrasons per alliberar-ne el contingut.Estudis posteriors han demostrat que els ultrasons de baixa intensitat poden promoure el procés de reacció bioquímica.Per exemple, la irradiació ultrasònica de la base de nutrients líquids 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 la bombolla de cavitació, la densitat d'energia del camp sonor ultrasònic s'ha ampliat en bilions de vegades, donant lloc a una gran 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 la sonoquímica.Per tant, els ultrasons tenen un paper cada cop més important en l'extracció química, producció de biodièsel, síntesi orgànica, tractament microbià, degradació de contaminants orgànics tòxics, velocitat i rendiment de la reacció química, eficiència catalítica del catalitzador, tractament de biodegradació, prevenció i eliminació d'escales ultrasòniques, trituració de cèl·lules biològiques. , dispersió i aglomeració, i reacció sonoquímica.

1. reacció química millorada per ultrasons.

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

2. Reacció catalítica ultrasònica.

Com a nou camp d'investigació, la reacció catalítica ultrasònica ha atret cada cop més interès.Els principals efectes dels ultrasons sobre la reacció catalítica són:

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

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

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

(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, que millora l'activitat de reacció química del metall;

6) Promoure que el dissolvent penetri en el sòlid per produir l'anomenada reacció d'inclusió;

(7) Per millorar la dispersió del catalitzador, els ultrasons s'utilitzen sovint 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 dels polímers per ultrasons

L'aplicació de la química de polímers positius ultrasònics ha cridat 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 un tractament ultrasònic.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 d'ultrasons forta pot iniciar la copolimerització d'alcohol polivinílic i acrilonitril per preparar copolímers de bloc, i la copolimerització d'acetat de polivinil i 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 reaccions químiques i la millora del camp ultrasònic és una altra direcció potencial de desenvolupament en el camp de la química ultrasònica.Per exemple, el fluid supercrític s'utilitza com a mitjà i el camp ultrasònic s'utilitza per reforçar la reacció catalítica.Per exemple, el fluid supercrític té la densitat similar al líquid i la viscositat i el coeficient de difusió semblants al gas, la qual cosa fa que la seva dissolució sigui equivalent al líquid i la seva capacitat de transferència de massa equival al gas.La desactivació del catalitzador heterogeni es pot millorar utilitzant 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 reforçar-lo.L'ona de xoc i el micro jet generats per la cavitació ultrasònica no només poden millorar en gran mesura el fluid supercrític per dissoldre algunes substàncies que condueixen a la desactivació del catalitzador, jugar el paper de desorció i neteja i mantenir el catalitzador actiu durant molt de temps, sinó també jugar el paper de l'agitació, que pot dispersar el sistema de reacció i augmentar la velocitat de transferència de massa de la reacció química del fluid supercrític.A més, l'alta temperatura i l'alta pressió al punt local format per la cavitació ultrasònica seran favorables al trencament de reactius en radicals lliures i acceleraran molt 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 per 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.L'ultrasò pot, òbviament, reforçar la reacció de transesterificació, especialment per a sistemes de reacció heterogenis, pot millorar significativament l'efecte de barreja (emulsificació) i promoure la reacció de contacte molecular indirecte, de manera que la reacció inicialment requerida per dur-se a terme en condicions d'alta temperatura (alta pressió) es pot completar a temperatura ambient (o prop de 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 d'ultrasons en la producció de biodièsel.El rendiment de biodièsel va superar el 99% en 5 minuts, mentre que el sistema convencional del reactor per lots va trigar més d'1 hora.