Ultraheli varane rakendamine biokeemias peaks olema rakuseina purustamine ultraheliga, et selle sisu vabastada.Hilisemad uuringud on näidanud, et madala intensiivsusega ultraheli võib soodustada biokeemilise reaktsiooni protsessi.Näiteks vedela toitainealuse ultraheliga kiiritamine võib suurendada vetikarakkude kasvukiirust, suurendades seega nende rakkude poolt toodetud valgu kogust kolm korda.

Võrreldes kavitatsioonimullide kokkuvarisemise energiatihedusega on ultraheli helivälja energiatihedus suurenenud triljoneid kordi, mille tulemuseks on tohutu energiakontsentratsioon;Kavitatsioonimullide tekitatud kõrgest temperatuurist ja rõhust põhjustatud sonokeemilised nähtused ja sonoluminestsents on unikaalsed energia- ja materjalivahetuse vormid sonokeemias.Seetõttu mängib ultraheli üha olulisemat rolli keemilises ekstraheerimises, biodiisli tootmises, orgaanilises sünteesis, mikroobse töötlemises, toksiliste orgaaniliste saasteainete lagunemises, keemilise reaktsiooni kiiruses ja saagises, katalüsaatori katalüütilises efektiivsuses, biolagunemistöötlemises, ultraheli mastaabi vältimises ja eemaldamises, bioloogiliste rakkude purustamises. , dispersioon ja aglomeratsioon ning sonokeemiline reaktsioon.

1. ultraheli tõhustatud keemiline reaktsioon.

Ultraheli tõhustatud keemiline reaktsioon.Peamine liikumapanev jõud on ultraheli kavitatsioon.Kaviteeriva mulli südamiku kokkuvarisemine tekitab lokaalse kõrge temperatuuri, kõrge rõhu ja tugeva löögi ning mikrojoa, mis loob uue ja väga erilise füüsikalise ja keemilise keskkonna keemiliste reaktsioonide jaoks, mida tavatingimustes on raske või võimatu saavutada.

2. Ultraheli katalüütiline reaktsioon.

Uue uurimisvaldkonnana on ultraheli katalüütiline reaktsioon äratanud üha enam huvi.Ultraheli peamised mõjud katalüütilisele reaktsioonile on järgmised:

(1) Kõrge temperatuur ja kõrge rõhk soodustavad reagentide lõhenemist vabadeks radikaalideks ja kahevalentseks süsinikuks, moodustades aktiivsemad reaktsiooniliigid;

(2) Lööklainel ja mikrojoal on desorptsioon ja puhastav toime tahkele pinnale (nt katalüsaatorile), mis võib eemaldada pinnareaktsiooni saadused või vahesaadused ja katalüsaatori pinna passiveerimiskihi;

(3) Lööklaine võib hävitada reaktiivi struktuuri

(4) dispergeeritud reagendi süsteem;

(5) Ultraheli kavitatsioon erodeerib metalli pinda ja lööklaine põhjustab metallvõre deformatsiooni ja sisemise pingetsooni moodustumist, mis parandab metalli keemilise reaktsiooni aktiivsust;

6) soodustada lahusti tungimist tahkesse ainesse, et tekitada niinimetatud inklusioonireaktsioon;

(7) Katalüsaatori dispersiooni parandamiseks kasutatakse katalüsaatori valmistamisel sageli ultraheli.Ultraheli kiiritamine võib suurendada katalüsaatori pindala, muuta aktiivsed komponendid ühtlasemalt jaotada ja suurendada katalüütilist aktiivsust.

3. Ultraheli polümeeri keemia

Ultraheli positiivse polümeeri keemia rakendamine on äratanud laialdast tähelepanu.Ultraheli töötlemine võib lagundada makromolekule, eriti suure molekulmassiga polümeere.Tselluloosi, želatiini, kummi ja valku saab ultraheliga töötlemisel lagundada.Praegu arvatakse üldiselt, et ultraheli lagunemismehhanism on tingitud jõu mõjust ja kavitatsioonimulli lõhkemisel tekkivast kõrgest rõhust ning muu osa lagunemisest võib olla tingitud kuumuse mõjust.Teatud tingimustel võib võimsus-ultraheli käivitada ka polümerisatsiooni.Tugev ultrahelikiirgus võib käivitada polüvinüülalkoholi ja akrüülnitriili kopolümerisatsiooni plokk-kopolümeeride valmistamiseks ning polüvinüülatsetaadi ja polüetüleenoksiidi kopolümerisatsiooni, et moodustada pookkopolümeere.

4. Ultraheliväljaga täiustatud uus keemilise reaktsiooni tehnoloogia

Uue keemilise reaktsiooni tehnoloogia ja ultrahelivälja täiustamise kombinatsioon on ultraheli keemia valdkonna teine ​​​​potentsiaalne arengusuund.Näiteks kasutatakse keskkonnana ülekriitilist vedelikku ja katalüütilise reaktsiooni tugevdamiseks ultrahelivälja.Näiteks on ülekriitilise vedeliku tihedus sarnane vedelikuga ning viskoossus ja difusioonikoefitsient gaasiga, mistõttu on selle lahustumine samaväärne vedelikuga ja massiülekandevõime gaasiga.Heterogeense katalüsaatori deaktiveerimist saab parandada superkriitilise vedeliku heade lahustuvuse ja difusiooniomaduste abil, kuid kahtlemata on see kirsiks tordil, kui selle tugevdamiseks saab kasutada ultrahelivälja.Ultraheli kavitatsiooni tekitatud lööklaine ja mikrojuga ei saa mitte ainult märkimisväärselt suurendada ülekriitilist vedelikku, et lahustada mõned ained, mis põhjustavad katalüsaatori deaktiveerumist, etendavad desorptsiooni ja puhastamise rolli ning hoiavad katalüsaatorit pikka aega aktiivsena, vaid mängivad ka Segamise roll, mis võib reaktsioonisüsteemi hajutada ja tõsta ülekriitilise vedeliku keemilise reaktsiooni massiülekande kiirust.Lisaks soodustavad ultrahelikavitatsiooni poolt moodustatud kohaliku punkti kõrge temperatuur ja kõrge rõhk reagentide lõhenemist vabadeks radikaalideks ja kiirendavad oluliselt reaktsioonikiirust.Praegu on tehtud palju uuringuid ülekriitilise vedeliku keemilise reaktsiooni kohta, kuid vähesed uuringud sellise reaktsiooni tõhustamise kohta ultrahelivälja abil.

5. suure võimsusega ultraheli kasutamine biodiisli tootmisel

Biodiisli valmistamise võtmeks on rasvhapete glütseriidide katalüütiline ümberesterdamine metanooli ja teiste madala süsinikusisaldusega alkoholidega.Ultraheli võib ilmselgelt tugevdada ümberesterdamisreaktsiooni, eriti heterogeensete reaktsioonisüsteemide puhul, see võib märkimisväärselt suurendada segamise (emulgeerimise) efekti ja soodustada kaudset molekulaarset kontaktreaktsiooni, nii et reaktsioon pidi algselt toimuma kõrge temperatuuri (kõrgsurve) tingimustes. saab lõpetada toatemperatuuril (või toatemperatuuri lähedal) ja lühendada reaktsiooniaega.Ultrahelilainet ei kasutata mitte ainult ümberesterdamise protsessis, vaid ka reaktsioonisegu eraldamisel.USA Mississippi osariigi ülikooli teadlased kasutasid biodiisli tootmisel ultrahelitöötlust.Biodiisli saagis ületas 99% 5 minutiga, samal ajal kui tavapärasel perioodilisel reaktorisüsteemil kulus üle 1 tunni.