کاربرد اولیه اولتراسوند در بیوشیمی باید شکستن دیواره سلولی با سونوگرافی باشد تا محتویات آن آزاد شود.مطالعات بعدی نشان داده است که اولتراسوند با شدت کم می تواند فرآیند واکنش بیوشیمیایی را ارتقا دهد.به عنوان مثال، تابش اولتراسونیک پایه مواد مغذی مایع می تواند سرعت رشد سلول های جلبکی را افزایش دهد، بنابراین میزان پروتئین تولید شده توسط این سلول ها را سه برابر افزایش می دهد.

در مقایسه با چگالی انرژی فروپاشی حباب کاویتاسیون، چگالی انرژی میدان صوتی اولتراسونیک تریلیون‌ها بار افزایش یافته است که منجر به غلظت عظیم انرژی شده است.پدیده‌های سونوشیمیایی و سونولومینسانس ناشی از دما و فشار بالا که توسط حباب‌های کاویتاسیون ایجاد می‌شوند، اشکال منحصربه‌فردی از تبادل انرژی و مواد در سونوشیمی هستند.بنابراین، اولتراسوند نقش فزاینده‌ای در استخراج مواد شیمیایی، تولید بیودیزل، سنتز آلی، تصفیه میکروبی، تخریب آلاینده‌های آلی سمی، سرعت و بازده واکنش شیمیایی، کارایی کاتالیزوری کاتالیزور، تصفیه زیست تخریب، پیشگیری و حذف مقیاس اولتراسونیک، خرد کردن سلول‌های بیولوژیکی ایفا می‌کند. ، پراکندگی و تجمع و واکنش سونوشیمیایی.

1. واکنش شیمیایی مافوق صوت افزایش یافته است.

سونوگرافی افزایش واکنش شیمیایینیروی محرکه اصلی کاویتاسیون اولتراسونیک است.فروپاشی هسته حباب حفره ای باعث ایجاد دمای بالا، فشار بالا و ضربه قوی و میکرو جت می شود که محیط فیزیکی و شیمیایی جدید و بسیار ویژه ای را برای واکنش های شیمیایی که در شرایط عادی دشوار یا غیرممکن است، فراهم می کند.

2. واکنش کاتالیزوری اولتراسونیک.

به عنوان یک زمینه تحقیقاتی جدید، واکنش کاتالیزوری اولتراسونیک توجه بیشتری را به خود جلب کرده است.اثرات اصلی اولتراسوند بر واکنش کاتالیزوری عبارتند از:

(1) دمای بالا و فشار بالا منجر به ترک خوردگی واکنش دهنده ها به رادیکال های آزاد و کربن دو ظرفیتی می شود و گونه های واکنش فعال تر را تشکیل می دهد.

(2) موج شوک و جت میکرو دارای اثرات دفع و پاک کنندگی روی سطح جامد (مانند کاتالیزور) هستند که می تواند محصولات واکنش سطحی یا واسطه ها و لایه غیرفعال سازی سطح کاتالیزور را حذف کند.

(3) موج شوک ممکن است ساختار واکنش دهنده را از بین ببرد

(4) سیستم واکنش دهنده پراکنده؛

(5) کاویتاسیون اولتراسونیک سطح فلز را فرسایش می دهد و موج ضربه ای منجر به تغییر شکل شبکه فلزی و تشکیل ناحیه کرنش داخلی می شود که فعالیت واکنش شیمیایی فلز را بهبود می بخشد.

6) حلال را برای نفوذ به جامد تقویت کنید تا به اصطلاح واکنش گنجاندن ایجاد شود.

(7) برای بهبود پراکندگی کاتالیزور، اولتراسونیک اغلب در تهیه کاتالیزور استفاده می شود.تابش اولتراسونیک می تواند سطح کاتالیزور را افزایش دهد، اجزای فعال را به طور یکنواخت پراکنده کند و فعالیت کاتالیزوری را افزایش دهد.

3. شیمی پلیمر اولتراسونیک

استفاده از شیمی پلیمر مثبت اولتراسونیک توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است.درمان اولتراسونیک می تواند ماکرومولکول ها، به ویژه پلیمرهای با وزن مولکولی بالا را تخریب کند.سلولز، ژلاتین، لاستیک و پروتئین را می توان با درمان اولتراسونیک تجزیه کرد.در حال حاضر، عموماً اعتقاد بر این است که مکانیسم تخریب اولتراسونیک به دلیل تأثیر نیرو و فشار زیاد هنگام ترکیدن حباب کاویتاسیون است و قسمت دیگر تخریب ممکن است به دلیل تأثیر گرما باشد.تحت شرایط خاص، اولتراسوند قدرت نیز می تواند پلیمریزاسیون را آغاز کند.تابش امواج فراصوت قوی می تواند کوپلیمریزاسیون پلی وینیل الکل و آکریلونیتریل را برای تهیه کوپلیمرهای بلوک و کوپلیمریزاسیون پلی وینیل استات و پلی اتیلن اکسید برای تشکیل کوپلیمرهای پیوندی آغاز کند.

4. فن آوری جدید واکنش شیمیایی افزایش یافته توسط میدان اولتراسونیک

ترکیبی از فناوری جدید واکنش شیمیایی و افزایش میدان اولتراسونیک یکی دیگر از مسیرهای توسعه بالقوه در زمینه شیمی اولتراسونیک است.به عنوان مثال، سیال فوق بحرانی به عنوان محیط استفاده می شود و میدان اولتراسونیک برای تقویت واکنش کاتالیزوری استفاده می شود.به عنوان مثال، سیال فوق بحرانی چگالی مشابه مایع و ویسکوزیته و ضریب انتشار مشابه گاز دارد که باعث می شود انحلال آن معادل مایع و ظرفیت انتقال جرم آن معادل گاز باشد.غیرفعال‌سازی کاتالیزور ناهمگن را می‌توان با استفاده از خاصیت حلالیت و انتشار خوب سیال فوق بحرانی بهبود بخشید، اما بدون شک اگر بتوان از میدان اولتراسونیک برای تقویت آن استفاده کرد، می‌توان از آن استفاده کرد.موج شوک و جت میکرو تولید شده توسط کاویتاسیون اولتراسونیک نه تنها می تواند سیال فوق بحرانی را برای حل کردن برخی از موادی که منجر به غیرفعال شدن کاتالیزور می شود، افزایش دهد، نقش دفع و پاکسازی را ایفا کند و کاتالیزور را برای مدت طولانی فعال نگه دارد، بلکه همچنین نقش هم زدن، که می تواند سیستم واکنش را پراکنده کند و سرعت انتقال جرم واکنش شیمیایی سیال فوق بحرانی را به سطح بالاتری برساند.علاوه بر این، دمای بالا و فشار بالا در نقطه محلی ایجاد شده توسط کاویتاسیون اولتراسونیک منجر به ترک خوردگی واکنش دهنده ها به رادیکال های آزاد می شود و سرعت واکنش را تا حد زیادی تسریع می کند.در حال حاضر، مطالعات زیادی در مورد واکنش شیمیایی سیال فوق بحرانی وجود دارد، اما مطالعات کمی در مورد افزایش چنین واکنشی توسط میدان اولتراسونیک انجام شده است.

5. کاربرد اولتراسونیک با قدرت بالا در تولید بیودیزل

کلید تهیه بیودیزل ترانس استریفیکاسیون کاتالیزوری گلیسرید اسید چرب با متانول و سایر الکل های کم کربن است.اولتراسوند به وضوح می تواند واکنش ترانس استریفیکاسیون را تقویت کند، به خصوص برای سیستم های واکنش ناهمگن، می تواند به طور قابل توجهی اثر اختلاط (امولسیون سازی) را افزایش دهد و واکنش تماس مولکولی غیرمستقیم را تقویت کند، به طوری که واکنش در ابتدا لازم است در شرایط دمای بالا (فشار بالا) انجام شود. را می توان در دمای اتاق (یا نزدیک به دمای اتاق) تکمیل کرد و زمان واکنش را کوتاه کرد.امواج اولتراسونیک نه تنها در فرآیند ترانس استریفیکاسیون، بلکه در جداسازی مخلوط واکنش نیز استفاده می شود.محققان دانشگاه ایالتی می سی سی پی در ایالات متحده از پردازش فراصوت در تولید بیودیزل استفاده کردند.بازده بیودیزل در عرض 5 دقیقه از 99 درصد فراتر رفت، در حالی که سیستم راکتور دسته ای معمولی بیش از 1 ساعت طول کشید.