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, 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 escala ultrasónica, a trituración de células biolóxicas. , 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 ultrasónicos

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 a burbulla de cavitación estala, 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.