De eerste toepassing van ultrageluid in de biochemie zou moeten zijn om de celwand met ultrageluid te verbrijzelen om de inhoud ervan vrij te maken. Latere studies hebben aangetoond dat ultrageluid met lage intensiteit het biochemische reactieproces kan bevorderen. Zo kan ultrasone bestraling van vloeibare voedingsbodem de groeisnelheid van algencellen verhogen, waardoor de hoeveelheid eiwit die deze cellen produceren met een factor drie toeneemt.

Vergeleken met de energiedichtheid van het instorten van cavitatiebellen is de energiedichtheid van ultrasoon geluid biljoenen keren groter, wat resulteert in een enorme energieconcentratie. Sonochemische verschijnselen en sonoluminescentie, veroorzaakt door de hoge temperatuur en druk van cavitatiebellen, zijn unieke vormen van energie- en materiaaluitwisseling in de sonochemie. Daarom speelt ultrageluid een steeds belangrijkere rol in chemische extractie, biodieselproductie, organische synthese, microbiële behandeling, afbraak van toxische organische verontreinigingen, chemische reactiesnelheid en -opbrengst, katalytische efficiëntie van de katalysator, biologische afbraakbehandeling, preventie en verwijdering van ultrasone aanslag, biologische celvergruizing, dispersie en agglomeratie, en sonochemische reacties.

1. chemische reactie met behulp van ultrasoon geluid.

Door ultrageluid versterkte chemische reacties. De belangrijkste drijvende kracht is ultrasone cavitatie. Het instorten van de caviterende kern van de bel veroorzaakt lokaal hoge temperaturen, hoge druk en een sterke impact en microstraal, wat een nieuwe en zeer bijzondere fysieke en chemische omgeving creëert voor chemische reacties die onder normale omstandigheden moeilijk of onmogelijk te realiseren zijn.

2. Ultrasone katalytische reactie.

Als nieuw onderzoeksgebied heeft ultrasone katalytische reactie steeds meer belangstelling gekregen. De belangrijkste effecten van ultrageluid op katalytische reacties zijn:

(1) Hoge temperaturen en hoge druk bevorderen het kraken van reactanten in vrije radicalen en twee-waardige koolstof, waardoor actievere reactiesoorten ontstaan;

(2) Schokgolven en microstralen hebben een desorptie- en reinigingseffect op vaste oppervlakken (zoals katalysatoren), waardoor reactieproducten of tussenproducten aan het oppervlak en de passiveringslaag van het katalysatoroppervlak kunnen worden verwijderd;

(3) Schokgolf kan de reactantenstructuur vernietigen

(4) Gedispergeerd reactantensysteem;

(5) Ultrasoon cavitatie erodeert het metaaloppervlak, en de schokgolf leidt tot de vervorming van het metaalrooster en de vorming van de interne rekzone, waardoor de chemische reactie-activiteit van het metaal wordt verbeterd;

6) Het oplosmiddel in de vaste stof laten doordringen om de zogenaamde insluitingsreactie te veroorzaken;

(7) Om de dispersie van de katalysator te verbeteren, wordt bij de bereiding ervan vaak gebruikgemaakt van ultrasone bestraling. Ultrasone bestraling kan het oppervlak van de katalysator vergroten, de actieve componenten gelijkmatiger verspreiden en de katalytische activiteit versterken.

3. Ultrasone polymeerchemie

De toepassing van ultrasone positieve polymeerchemie heeft veel aandacht getrokken. Ultrasone behandeling kan macromoleculen afbreken, met name polymeren met een hoog molecuulgewicht. Cellulose, gelatine, rubber en eiwitten kunnen worden afgebroken door ultrasone behandeling. Momenteel wordt algemeen aangenomen dat het ultrasone degradatiemechanisme wordt veroorzaakt door de kracht en de hoge druk wanneer de cavitatiebel barst, en dat een ander deel van de degradatie te wijten kan zijn aan de invloed van warmte. Onder bepaalde omstandigheden kan krachtig ultrageluid ook polymerisatie initiëren. Sterke ultrasone bestraling kan de copolymerisatie van polyvinylalcohol en acrylonitril tot blokcopolymeren initiëren, en de copolymerisatie van polyvinylacetaat en polyethyleenoxide tot entcopolymeren.

4. Nieuwe chemische reactietechnologie verbeterd door ultrasoon veld

De combinatie van nieuwe chemische reactietechnologie en verbetering van het ultrasone veld is een andere potentiële ontwikkelingsrichting binnen de ultrasone chemie. Zo wordt superkritische vloeistof gebruikt als medium en wordt het ultrasone veld gebruikt om de katalytische reactie te versterken. Superkritische vloeistof heeft bijvoorbeeld een vergelijkbare dichtheid als vloeistof en een vergelijkbare viscositeit en diffusiecoëfficiënt als gas, waardoor de oplosbaarheid gelijk is aan die van vloeistof en de massaoverdrachtscapaciteit gelijk is aan die van gas. De deactivering van heterogene katalysatoren kan worden verbeterd door gebruik te maken van de goede oplosbaarheids- en diffusie-eigenschappen van superkritische vloeistof, maar het is ongetwijfeld de kers op de taart als een ultrasoon veld kan worden gebruikt om deze te versterken. De schokgolf en microjet die door ultrasone cavitatie worden gegenereerd, kunnen niet alleen de oplossing van stoffen die leiden tot deactivering van de katalysator in superkritische vloeistof aanzienlijk verbeteren, desorptie en reiniging bevorderen en de katalysator langdurig actief houden, maar ook de rol van roering vervullen, waardoor het reactiesysteem kan worden verspreid en de stofoverdrachtssnelheid van de chemische reactie van superkritische vloeistof kan worden verhoogd. Bovendien zullen de hoge temperatuur en hoge druk op het lokale punt dat door ultrasone cavitatie wordt gevormd, bevorderlijk zijn voor het kraken van reactanten tot vrije radicalen en de reactiesnelheid aanzienlijk versnellen. Momenteel zijn er veel studies gaande naar de chemische reactie van superkritische vloeistof, maar weinig studies naar de verbetering van een dergelijke reactie met behulp van ultrasoon veld.

5. Toepassing van hoogvermogen ultrasoon geluid bij de productie van biodiesel

De sleutel tot de bereiding van biodiesel is de katalytische transesterificatie van vetzuurglyceride met methanol en andere alcoholen met een laag koolstofgehalte. Ultrageluid kan de transesterificatiereactie uiteraard versterken, met name in heterogene reactiesystemen. Het kan het mengeffect (emulgering) aanzienlijk verbeteren en de indirecte moleculaire contactreactie bevorderen, zodat de reactie die oorspronkelijk onder hoge temperatuur (hoge druk) moest worden uitgevoerd, kan worden voltooid bij kamertemperatuur (of bijna kamertemperatuur). Bovendien kan de reactietijd worden verkort. Ultrasone golven worden niet alleen gebruikt bij het transesterificatieproces, maar ook bij het scheiden van reactiemengsels. Onderzoekers van Mississippi State University in de Verenigde Staten gebruikten ultrasoon geluid bij de productie van biodiesel. De opbrengst aan biodiesel bedroeg binnen 5 minuten meer dan 99%, terwijl een conventioneel batchreactorsysteem daar meer dan 1 uur over deed.