Ultraheli varajane rakendus biokeemias peaks olema rakuseina purustamine ultraheliga, et vabastada selle sisu. Hilisemad uuringud on näidanud, et madala intensiivsusega ultraheli võib soodustada biokeemilise reaktsiooni protsessi. Näiteks vedela toitainebaasi ultraheliga kiiritamine võib suurendada vetikarakkude kasvukiirust, suurendades seeläbi nende rakkude poolt toodetava valgu hulka kolm korda.

Võrreldes kavitatsioonimulli kokkuvarisemise energiatihedusega on ultraheli helivälja energiatihedus triljoneid kordi suurenenud, mille tulemuseks on tohutu energiakontsentratsioon; Kavitatsioonimulli tekitatud kõrge temperatuuri ja rõhu poolt põhjustatud sonokeemilised nähtused ja sonoluminestsents on sonokeemias ainulaadsed energia- ja materjalivahetuse vormid. Seetõttu mängib ultraheli üha olulisemat rolli keemilises ekstraheerimises, biodiisli tootmises, orgaanilises sünteesis, mikroobide töötlemisel, mürgiste orgaaniliste saasteainete lagundamisel, keemilise reaktsiooni kiiruse ja saagise, katalüsaatori katalüütilise efektiivsuse, biolagundamise töötlemise, ultraheli katlakivi ennetamise ja eemaldamise, bioloogiliste rakkude purustamise, dispersiooni ja aglomeratsiooni ning sonokeemilise reaktsiooni puhul.

1. ultraheli abil võimendatud keemiline reaktsioon.

Ultraheli abil võimendatud 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 keemilistele reaktsioonidele, mida tavatingimustes on raske või võimatu saavutada.

2. Ultraheli katalüütiline reaktsioon.

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

(1) Kõrge temperatuur ja kõrge rõhk soodustavad reagentide lagunemist vabadeks radikaalideks ja kahevalentseks süsinikuks, moodustades aktiivsemaid reaktsiooniliike;

(2) Lööklainel ja mikrojoal on tahkele pinnale (näiteks katalüsaatorile) desorptsiooni- ja puhastav toime, mis võib eemaldada pinnareaktsiooni saadusi või vaheühendeid ja katalüsaatori pinna passiivkihi;

(3) Lööklaine võib hävitada reagendi struktuuri

(4) Dispersne reagentide süsteem;

(5) Ultraheli kavitatsioon erodeerib metalli pinda ja lööklaine viib metallvõre deformatsioonini ja sisemise pingetsooni moodustumiseni, mis parandab metalli keemilise reaktsiooni aktiivsust;

6) soodustada lahusti tungimist tahkesse ainesse, et tekitada nn kaasamisreaktsioon;

(7) Katalüsaatori hajutatuse parandamiseks kasutatakse katalüsaatori valmistamisel sageli ultraheli. Ultraheli kiiritamine võib suurendada katalüsaatori pindala, muuta aktiivsed komponendid ühtlasemaks jaotumiseks ja suurendada katalüütilist aktiivsust.

3. Ultraheli polümeerkeemia

Ultraheli positiivse polümeerkeemia rakendamine on pälvinud laialdast tähelepanu. Ultraheli töötlemine võib lagundada makromolekule, eriti suure molekulmassiga polümeere. Ultraheli abil saab lagundada tselluloosi, želatiini, kummi ja valku. Praegu arvatakse üldiselt, et ultraheli lagunemismehhanism on tingitud jõu ja kõrge rõhu mõjust kavitatsioonimulli lõhkemisel ning teine ​​osa lagunemisest võib olla tingitud kuumuse mõjust. Teatud tingimustel võib ka võimsa ultraheli abil polümerisatsiooni algatada. Tugev ultrahelikiirgus võib algatada polüvinüülalkoholi ja akrüülnitriili kopolümerisatsiooni plokk-kopolümeeride valmistamiseks ning polüvinüülatsetaadi ja polüetüleenoksiidi kopolümerisatsiooni pookekopolümeeride moodustamiseks.

4. Uus keemilise reaktsiooni tehnoloogia, mida täiustab ultraheliväli

Uue keemilise reaktsiooni tehnoloogia ja ultrahelivälja võimendamise kombinatsioon on ultrahelikeemia valdkonnas veel üks potentsiaalne arengusuund. Näiteks kasutatakse keskkonnana superkriitilist vedelikku ja ultrahelivälja kasutatakse katalüütilise reaktsiooni tugevdamiseks. Näiteks on superkriitilise vedeliku tihedus sarnane vedeliku omaga ning viskoossus ja difusioonitegur sarnane gaasi omaga, mis muudab selle lahustuvuse vedeliku omaga samaväärseks ja massiülekandevõime gaasi omaga samaväärseks. Heterogeense katalüsaatori deaktiveerimist saab parandada superkriitilise vedeliku heade lahustuvus- ja difusiooniomaduste abil, kuid kahtlemata on see vaid kirss tordil, kui ultrahelivälja saab selle tugevdamiseks kasutada. Ultraheli kavitatsiooni tekitatud lööklaine ja mikrojoa mitte ainult ei paranda oluliselt superkriitilist vedelikku katalüsaatori deaktiveerimist põhjustavate ainete lahustamisel, desorptsiooni ja puhastamise rolli mängides ning katalüsaatorit pikka aega aktiivsena hoides, vaid ka segamise rolli mängides, mis võib reaktsioonisüsteemi hajutada ja superkriitilise vedeliku keemilise reaktsiooni massiülekande kiirust kõrgemale tasemele viia. Lisaks soodustab ultraheli kavitatsiooni tekitatud lokaalses punktis kõrge temperatuur ja kõrge rõhk reagentide lagunemist vabadeks radikaalideks ja kiirendab oluliselt reaktsioonikiirust. Praegu on palju uuringuid superkriitilise vedeliku keemilise reaktsiooni kohta, kuid vähe uuringuid sellise reaktsiooni võimendamise kohta ultrahelivälja abil.

5. suure võimsusega ultraheli rakendamine biodiisli tootmisel

Biodiislikütuse valmistamise võti on rasvhappe glütseriidi katalüütiline transesterifikatsioon metanooli ja teiste madala süsinikusisaldusega alkoholidega. Ultraheli abil saab transesterifikatsioonireaktsiooni oluliselt tugevdada, eriti heterogeensete reaktsioonisüsteemide puhul. See võib oluliselt suurendada segamise (emulgeerimise) efekti ja soodustada kaudset molekulaarset kontaktreaktsiooni, nii et algselt kõrgel temperatuuril (kõrgel rõhul) läbi viia vajavat reaktsiooni saab lõpule viia toatemperatuuril (või selle lähedal) ja lühendada reaktsiooniaega. Ultraheli lainet kasutatakse lisaks transesterifikatsiooniprotsessile ka reaktsioonisegu eraldamisel. Mississippi Riikliku Ülikooli teadlased Ameerika Ühendriikides kasutasid ultraheli töötlemist biodiislikütuse tootmisel. Biodiislikütuse saagis ületas 99% 5 minuti jooksul, samas kui tavapärase partiireaktorisüsteemi puhul kulus selleks üle tunni.