A aplicación precoz dos ultrasóns en bioquímica debe ser romper 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 da base de nutrientes líquidos pode aumentar a taxa de crecemento das células de algas, aumentando así a cantidade de proteína producida por estas células por tres veces.

En comparación coa densidade enerxética do colapso da burbulla de cavitación, a densidade enerxética do campo sonoro ultrasónico foi ampliada en billóns de veces, o que resulta nunha gran concentración de enerxía;Os fenómenos sonoquímicos e a sonoluminiscencia causados ​​pola alta temperatura e presión producidas polas burbullas de cavitación son formas únicas de intercambio de enerxía e material na sonoquímica.Polo tanto, os ultrasóns xogan un papel cada vez máis importante na extracción química, na produción de biodiésel, na síntese orgánica, no tratamento microbiano, na degradación de contaminantes orgánicos tóxicos, na velocidade e rendemento da reacción química, na eficiencia catalítica do catalizador, no tratamento da biodegradación, na prevención e eliminación de escala ultrasónica, na trituración biolóxica de células. , dispersión e aglomeración e reacción sonoquímica.

1. reacción química mellorada por ultrasóns.

Reacción química mellorada por ultrasóns.A principal forza motriz é a cavitación ultrasónica.O colapso do núcleo de burbulla en cavitación produce alta temperatura local, alta presión e forte impacto e micro chorro, que proporciona un ambiente físico e químico novo e moi especial para reaccións químicas que son difíciles ou imposibles de conseguir en condicións normais.

2. Reacción catalítica ultrasónica.

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

(1) A alta temperatura e a alta presión son propicias para o craqueo de reactivos en radicais libres e carbono divalente, formando especies de reacción máis activas;

(2) As ondas de choque e o microchorro teñen efectos de desorción e limpeza na superficie sólida (como o catalizador), que poden eliminar produtos de reacción superficial ou intermediarios e a capa de pasivación superficial 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 do metal e a onda de choque leva á deformación da rede metálica e á formación da zona de tensión interna, o que mellora a actividade de reacción química do metal;

6) Promover que o disolvente penetre no sólido para producir a chamada reacción de inclusión;

(7) Para mellorar a dispersión do catalizador, o ultrasóns úsase a miúdo na preparación do catalizador.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 ultrasóns

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

4. Nova tecnoloxía de reacción química mellorada polo campo ultrasónico

A combinación da nova tecnoloxía de reacción química e a mellora do campo ultrasónico é outra dirección potencial de desenvolvemento no campo da química ultrasónica.Por exemplo, o fluído supercrítico úsase como medio e o campo ultrasónico úsase para reforzar a reacción catalítica.Por exemplo, o fluído supercrítico ten a densidade semellante ao líquido e a viscosidade e coeficiente de difusión semellantes ao gas, o que fai que a súa disolución sexa equivalente ao líquido e a súa capacidade de transferencia de masa ao gas.A desactivación do catalizador heteroxéneo pódese mellorar usando as boas propiedades de solubilidade e difusión do fluído supercrítico, pero sen dúbida é a guinda do bolo se se pode usar o campo ultrasónico para fortalecelo.A onda de choque e o microchorro xerados pola cavitación ultrasónica non só poden mellorar moito o fluído supercrítico para disolver algunhas substancias que conducen á desactivación do catalizador, desempeñar o papel de desorción e limpeza e manter o catalizador activo durante moito tempo, senón papel de axitación, que pode dispersar o sistema de reacción, e facer a taxa de transferencia de masa da reacción química do fluído supercrítico a un nivel superior.Ademais, a alta temperatura e alta presión no punto local formado pola cavitación ultrasónica favorecerán o craqueo de reactivos en radicais libres e acelerarán moito a velocidade de reacción.Na actualidade, hai moitos estudos sobre a reacción química do fluído supercrítico, pero poucos estudos sobre a mellora desta reacción por campo ultrasónico.

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

A clave para a preparación do biodiésel é a transesterificación catalítica do glicérido de ácidos graxos con metanol e outros alcohois baixos en carbono.Os ultrasóns poden, obviamente, fortalecer a reacción de transesterificación, especialmente para sistemas de reacción heteroxéneos, poden mellorar significativamente o efecto de mestura (emulsificación) e promover a reacción de contacto molecular indirecto, de xeito que a reacción orixinalmente necesaria para levarse a cabo en condicións de alta temperatura (alta presión). pódese completar 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 de ultrasóns na produción de biodiésel.O rendemento de biodiésel superou o 99% en 5 minutos, mentres que o sistema convencional do reactor por lotes tardou máis de 1 hora.