A aplicación temperá dos ultrasóns en bioquímica debería ser esmagar a parede celular con ultrasóns para liberar o seu contido. Estudos posteriores demostraron que os ultrasóns de baixa intensidade poden promover o proceso de reacción bioquímica. Por exemplo, a irradiación ultrasónica dunha base de nutrientes líquida pode aumentar a taxa de crecemento das células de algas, aumentando así a cantidade de proteína producida por estas células por tres.

En comparación coa densidade de enerxía do colapso das burbullas de cavitación, a densidade de enerxía do campo sonoro ultrasónico aumentou en billóns de veces, o que resulta nunha enorme concentración de enerxía; Os fenómenos sonoquímicos e a sonoluminescencia causados ​​polas altas temperaturas e presión producidas polas burbullas de cavitación son formas únicas de intercambio de enerxía e materiais na sonoquímica. Polo tanto, os ultrasóns desempeñan un papel cada vez máis importante na extracción química, a produción de biodiésel, a síntese orgánica, o tratamento microbiano, a degradación de contaminantes orgánicos tóxicos, a velocidade e o rendemento da reacción química, a eficiencia catalítica do catalizador, o tratamento de biodegradación, a prevención e eliminación de incrustacións ultrasónicas, a trituración, a dispersión e aglomeración de células biolóxicas e a reacción sonoquímica.

1. reacción química mellorada por ultrasóns.

Reacción química mellorada por ultrasóns. A principal forza impulsora é a cavitación ultrasónica. O colapso do núcleo da burbulla de cavitación produce altas temperaturas locais, alta presión e forte impacto e microchorro, o que proporciona un ambiente físico e químico novo e moi especial para reaccións químicas que son difíciles ou imposibles de lograr en condicións normais.

2. Reacción catalítica ultrasónica.

Como novo campo de investigación, a reacción catalítica ultrasónica espertou cada vez máis interese. Os principais efectos dos ultrasóns na reacción catalítica son:

(1) A alta temperatura e a alta presión favorecen a ruptura dos reactivos en radicais libres e carbono divalente, formando especies de reacción máis activas;

(2) A onda de choque e o microchorro teñen efectos de desorción e limpeza sobre superficies sólidas (como catalizador), o que pode eliminar produtos ou intermediarios de reacción superficial e a capa de pasivación da superficie do catalizador;

(3) A onda de choque pode destruír a estrutura dos reactivos

(4) Sistema de reactivos dispersos;

(5) A cavitación ultrasónica erosiona a superficie metálica e a onda de choque provoca a deformación da rede metálica e a formación da zona de tensión interna, o que mellora a actividade de reacción química do metal;

6) Promover a penetración do solvente no sólido para producir a chamada reacción de inclusión;

(7) Para mellorar a dispersión do catalizador, os ultrasóns úsanse a miúdo na súa preparación. A irradiación ultrasónica pode aumentar a superficie do catalizador, facer que os compoñentes activos se dispersen de forma máis uniforme e mellorar a actividade catalítica.

3. Química de polímeros ultrasónicos

A aplicación da química de polímeros positivos por ultrasóns atraeu unha ampla atención. O tratamento por ultrasóns pode degradar macromoléculas, especialmente polímeros de alto peso molecular. A celulosa, a xelatina, o caucho e as proteínas poden degradarse mediante tratamento por ultrasóns. Na actualidade, crese xeralmente que o mecanismo de degradación por ultrasóns débese ao efecto da forza e á alta presión cando estoupa a burbulla de cavitación, e a outra parte da degradación pode deberse ao efecto da calor. En certas condicións, os ultrasóns de potencia tamén poden iniciar a polimerización. Unha forte irradiación por ultrasóns pode iniciar a copolimerización do alcohol polivinílico e o acrilonitrilo para preparar copolímeros en bloque e a copolimerización do acetato de polivinilo e o óxido de polietileno para formar copolímeros de enxerto.

4. Nova tecnoloxía de reacción química mellorada por campo ultrasónico

A combinación da nova tecnoloxía de reacción química e a mellora do campo ultrasónico é outra posible dirección de desenvolvemento no campo da química ultrasónica. Por exemplo, o fluído supercrítico utilízase como medio e o campo ultrasónico utilízase para fortalecer a reacción catalítica. Por exemplo, o fluído supercrítico ten unha densidade similar á do líquido e unha viscosidade e un coeficiente de difusión similares aos do gas, o que fai que a súa disolución sexa equivalente á do líquido e a súa capacidade de transferencia de masa sexa equivalente á do gas. A desactivación do catalizador heteroxéneo pódese mellorar utilizando as boas propiedades de solubilidade e difusión do fluído supercrítico, pero sen dúbida é a guinda do pastel se se pode usar o campo ultrasónico para fortalecelo. A onda de choque e o microchorro xerados pola cavitación ultrasónica non só poden mellorar en gran medida o fluído supercrítico para disolver algunhas substancias que levan á desactivación do catalizador, desempeñar o papel de desorción e limpeza e manter o catalizador activo durante moito tempo, senón que tamén desempeñar o papel de axitación, o que pode dispersar o sistema de reacción e facer que a taxa de transferencia de masa da reacción química do fluído supercrítico alcance un nivel máis alto. Ademais, a alta temperatura e a alta presión no punto local formado pola cavitación ultrasónica favorecerán a ruptura dos reactivos en radicais libres e acelerarán enormemente a velocidade de reacción. Na actualidade, existen moitos estudos sobre a reacción química do fluído supercrítico, pero poucos estudos sobre a mellora de dita reacción mediante campo ultrasónico.

5. aplicación de ultrasóns de alta potencia na produción de biodiésel

A clave para a preparación do biodiésel é a transesterificación catalítica de glicéridos de ácidos graxos con metanol e outros alcohois baixos en carbono. Os ultrasóns poden fortalecer obviamente a reacción de transesterificación, especialmente para sistemas de reacción heteroxéneos, xa que poden mellorar significativamente o efecto de mestura (emulsificación) e promover a reacción de contacto molecular indirecto, de xeito que a reacción que orixinalmente se requiría para levar a cabo en condicións de alta temperatura (alta presión) pode completarse a temperatura ambiente (ou preto da temperatura ambiente) e acurtar o tempo de reacción. A onda ultrasónica non só se usa no proceso de transesterificación, senón tamén na separación da mestura de reacción. Investigadores da Universidade Estatal de Mississippi nos Estados Unidos utilizaron o procesamento por ultrasóns na produción de biodiésel. O rendemento do biodiésel superou o 99 % en 5 minutos, mentres que o sistema de reactor por lotes convencional tardou máis dunha hora.