Η πρώιμη εφαρμογή των υπερήχων στη βιοχημεία θα πρέπει να είναι η θραύση του κυτταρικού τοιχώματος με υπερήχους για την απελευθέρωση του περιεχομένου του. Μεταγενέστερες μελέτες έχουν δείξει ότι οι υπέρηχοι χαμηλής έντασης μπορούν να προωθήσουν τη διαδικασία της βιοχημικής αντίδρασης. Για παράδειγμα, η υπερηχητική ακτινοβολία υγρής θρεπτικής βάσης μπορεί να αυξήσει τον ρυθμό ανάπτυξης των κυττάρων των φυκών, αυξάνοντας έτσι την ποσότητα πρωτεΐνης που παράγεται από αυτά τα κύτταρα κατά τρεις φορές.

Σε σύγκριση με την ενεργειακή πυκνότητα της κατάρρευσης των φυσαλίδων σπηλαίωσης, η ενεργειακή πυκνότητα του υπερηχητικού ηχητικού πεδίου έχει διευρυνθεί τρισεκατομμύρια φορές, με αποτέλεσμα μια τεράστια συγκέντρωση ενέργειας. Τα ηχοχημικά φαινόμενα και η ηχοφωταύγεια που προκαλούνται από την υψηλή θερμοκρασία και πίεση που παράγονται από τις φυσαλίδες σπηλαίωσης αποτελούν μοναδικές μορφές ανταλλαγής ενέργειας και υλικών στην ηχοχημεία. Επομένως, οι υπέρηχοι διαδραματίζουν ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο στην χημική εκχύλιση, την παραγωγή βιοντίζελ, την οργανική σύνθεση, την μικροβιακή επεξεργασία, την αποικοδόμηση τοξικών οργανικών ρύπων, την ταχύτητα και την απόδοση της χημικής αντίδρασης, την καταλυτική αποτελεσματικότητα του καταλύτη, την επεξεργασία βιοαποικοδόμησης, την πρόληψη και απομάκρυνση των υπερηχητικών αλάτων, τη βιολογική θραύση των κυττάρων, τη διασπορά και τη συσσωμάτωση και την ηχοχημική αντίδραση.

1. υπερηχητικά ενισχυμένη χημική αντίδραση.

Χημική αντίδραση ενισχυμένη με υπερήχους. Η κύρια κινητήρια δύναμη είναι η υπερηχητική σπηλαίωση. Η κατάρρευση του πυρήνα της φυσαλίδας που σχηματίζει σπηλαίωση παράγει τοπική υψηλή θερμοκρασία, υψηλή πίεση και ισχυρή κρούση και μικροεκτόξευση, η οποία παρέχει ένα νέο και πολύ ιδιαίτερο φυσικό και χημικό περιβάλλον για χημικές αντιδράσεις που είναι δύσκολο ή αδύνατο να επιτευχθούν υπό κανονικές συνθήκες.

2. Υπερηχητική καταλυτική αντίδραση.

Ως νέο ερευνητικό πεδίο, η υπερηχητική καταλυτική αντίδραση έχει προσελκύσει όλο και περισσότερο ενδιαφέρον. Οι κύριες επιδράσεις των υπερήχων στην καταλυτική αντίδραση είναι:

(1) Η υψηλή θερμοκρασία και η υψηλή πίεση ευνοούν τη διάσπαση των αντιδρώντων σε ελεύθερες ρίζες και δισθενή άνθρακα, σχηματίζοντας πιο ενεργά είδη αντίδρασης.

(2) Το κρουστικό κύμα και το μικρορευστοποιητή έχουν αποτελέσματα εκρόφησης και καθαρισμού σε στερεά επιφάνεια (όπως καταλύτη), τα οποία μπορούν να απομακρύνουν τα προϊόντα ή τα ενδιάμεσα της επιφανειακής αντίδρασης και το στρώμα παθητικοποίησης της επιφάνειας του καταλύτη.

(3) Το κρουστικό κύμα μπορεί να καταστρέψει τη δομή του αντιδρώντος.

(4) Σύστημα διασπαρμένων αντιδρώντων.

(5) Η υπερηχητική σπηλαίωση διαβρώνει την μεταλλική επιφάνεια και το κρουστικό κύμα οδηγεί στην παραμόρφωση του μεταλλικού πλέγματος και στο σχηματισμό της εσωτερικής ζώνης τάσης, η οποία βελτιώνει τη χημική αντιδραστική δραστηριότητα του μετάλλου.

6) Προωθήστε τον διαλύτη να διεισδύσει στο στερεό για να παραχθεί η λεγόμενη αντίδραση εγκλεισμού.

(7) Για τη βελτίωση της διασποράς του καταλύτη, χρησιμοποιείται συχνά υπερηχητικός στην παρασκευή του. Η υπερηχητική ακτινοβολία μπορεί να αυξήσει την επιφάνεια του καταλύτη, να κάνει τα ενεργά συστατικά να διασπείρονται πιο ομοιόμορφα και να ενισχύσει την καταλυτική δράση.

3. Χημεία υπερηχητικών πολυμερών

Η εφαρμογή της χημείας θετικών πολυμερών με υπερήχους έχει προσελκύσει εκτεταμένη προσοχή. Η υπερηχητική επεξεργασία μπορεί να αποικοδομήσει μακρομόρια, ειδικά πολυμερή υψηλού μοριακού βάρους. Η κυτταρίνη, η ζελατίνη, το καουτσούκ και η πρωτεΐνη μπορούν να αποικοδομηθούν με υπερηχητική επεξεργασία. Προς το παρόν, πιστεύεται γενικά ότι ο μηχανισμός υπερηχητικής αποικοδόμησης οφείλεται στην επίδραση της δύναμης και της υψηλής πίεσης όταν σκάει η φυσαλίδα σπηλαίωσης, και το άλλο μέρος της αποικοδόμησης μπορεί να οφείλεται στην επίδραση της θερμότητας. Υπό ορισμένες συνθήκες, ο ισχυρός υπέρηχος μπορεί επίσης να ξεκινήσει τον πολυμερισμό. Η ισχυρή ακτινοβολία υπερήχων μπορεί να ξεκινήσει τον συμπολυμερισμό πολυβινυλικής αλκοόλης και ακρυλονιτριλίου για την παρασκευή συμπολυμερών κατά συστάδες, και τον συμπολυμερισμό οξικού πολυβινυλίου και οξειδίου του πολυαιθυλενίου για τον σχηματισμό συμπολυμερών εμβολιασμού.

4. Νέα τεχνολογία χημικών αντιδράσεων ενισχυμένη από υπερηχητικό πεδίο

Ο συνδυασμός νέας τεχνολογίας χημικών αντιδράσεων και ενίσχυσης υπερηχητικού πεδίου είναι μια άλλη πιθανή κατεύθυνση ανάπτυξης στον τομέα της υπερηχητικής χημείας. Για παράδειγμα, το υπερκρίσιμο ρευστό χρησιμοποιείται ως μέσο και το υπερηχητικό πεδίο χρησιμοποιείται για την ενίσχυση της καταλυτικής αντίδρασης. Για παράδειγμα, το υπερκρίσιμο ρευστό έχει πυκνότητα παρόμοια με το υγρό και ιξώδες και συντελεστή διάχυσης παρόμοιο με το αέριο, γεγονός που καθιστά τη διάλυσή του ισοδύναμη με το υγρό και την ικανότητα μεταφοράς μάζας του ισοδύναμη με το αέριο. Η απενεργοποίηση ετερογενούς καταλύτη μπορεί να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας τις καλές ιδιότητες διαλυτότητας και διάχυσης του υπερκρίσιμου ρευστού, αλλά είναι αναμφίβολα το κερασάκι στην τούρτα εάν μπορεί να χρησιμοποιηθεί υπερηχητικό πεδίο για την ενίσχυσή της. Το κρουστικό κύμα και ο μικροπίδακας που παράγονται από την υπερηχητική σπηλαίωση μπορούν όχι μόνο να ενισχύσουν σημαντικά το υπερκρίσιμο ρευστό για να διαλύσουν ορισμένες ουσίες που οδηγούν στην απενεργοποίηση του καταλύτη, να παίξουν τον ρόλο της εκρόφησης και του καθαρισμού και να διατηρήσουν τον καταλύτη ενεργό για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά και να παίξουν τον ρόλο της ανάδευσης, η οποία μπορεί να διασκορπίσει το σύστημα αντίδρασης και να αυξήσει τον ρυθμό μεταφοράς μάζας της χημικής αντίδρασης του υπερκρίσιμου ρευστού σε υψηλότερο επίπεδο. Επιπλέον, η υψηλή θερμοκρασία και η υψηλή πίεση στο τοπικό σημείο που σχηματίζεται από την υπερηχητική σπηλαίωση θα ευνοήσουν τη διάσπαση των αντιδρώντων σε ελεύθερες ρίζες και θα επιταχύνουν σημαντικά τον ρυθμό αντίδρασης. Προς το παρόν, υπάρχουν πολλές μελέτες σχετικά με τη χημική αντίδραση υπερκρίσιμου ρευστού, αλλά λίγες μελέτες σχετικά με την ενίσχυση μιας τέτοιας αντίδρασης από υπερηχητικό πεδίο.

5. εφαρμογή υπερήχων υψηλής ισχύος στην παραγωγή βιοντίζελ

Το κλειδί για την παρασκευή βιοντίζελ είναι η καταλυτική μετεστεροποίηση γλυκεριδίου λιπαρού οξέος με μεθανόλη και άλλες αλκοόλες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα. Ο υπέρηχος μπορεί προφανώς να ενισχύσει την αντίδραση μετεστεροποίησης, ειδικά για ετερογενή συστήματα αντίδρασης, μπορεί να ενισχύσει σημαντικά το φαινόμενο ανάμειξης (γαλακτωματοποίησης) και να προωθήσει την έμμεση αντίδραση μοριακής επαφής, έτσι ώστε η αντίδραση που αρχικά απαιτούνταν να πραγματοποιηθεί υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας (υψηλής πίεσης) να μπορεί να ολοκληρωθεί σε θερμοκρασία δωματίου (ή κοντά στη θερμοκρασία δωματίου) και να μειώσει τον χρόνο αντίδρασης. Το υπερηχητικό κύμα δεν χρησιμοποιείται μόνο στη διαδικασία μετεστεροποίησης, αλλά και στον διαχωρισμό του μείγματος αντίδρασης. Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μισισιπή στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποίησαν υπερηχητική επεξεργασία στην παραγωγή βιοντίζελ. Η απόδοση βιοντίζελ ξεπέρασε το 99% μέσα σε 5 λεπτά, ενώ το συμβατικό σύστημα αντιδραστήρα παρτίδας χρειάστηκε περισσότερο από 1 ώρα.