Η πρώιμη εφαρμογή του υπερήχου στη βιοχημεία θα πρέπει να είναι η συντριβή του κυτταρικού τοιχώματος με υπερήχους για να απελευθερωθεί το περιεχόμενό του.Μεταγενέστερες μελέτες έδειξαν ότι το υπερηχογράφημα χαμηλής έντασης μπορεί να προωθήσει τη διαδικασία βιοχημικής αντίδρασης.Για παράδειγμα, η υπερηχητική ακτινοβολία υγρής θρεπτικής βάσης μπορεί να αυξήσει τον ρυθμό ανάπτυξης των κυττάρων φυκιών, αυξάνοντας έτσι την ποσότητα πρωτεΐνης που παράγεται από αυτά τα κύτταρα κατά τρεις φορές.

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

1. χημική αντίδραση ενισχυμένη με υπερήχους.

Χημική αντίδραση ενισχυμένη με υπερήχους.Η κύρια κινητήρια δύναμη είναι η υπερηχητική σπηλαίωση.Η κατάρρευση του πυρήνα της φυσαλίδας προκαλεί τοπική υψηλή θερμοκρασία, υψηλή πίεση και ισχυρή πρόσκρουση και μικροεκτόξευση, που παρέχει ένα νέο και πολύ ειδικό 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 καταλυτική αντίδραση υπερήχων έχει προσελκύσει όλο και περισσότερο ενδιαφέρον.Οι κύριες επιδράσεις του υπερήχου 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 η μικροεκτόξευση έχουν αποτελέσματα εκρόφησης και καθαρισμού σε στερεά επιφάνεια (όπως ο καταλύτης), η οποία μπορεί να αφαιρέσει τα προϊόντα ή τα ενδιάμεσα επιφανειακά αντιδραστήρια και το στρώμα παθητικοποίησης της επιφάνειας του καταλύτη.

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

(4) Σύστημα διεσπαρμένων αντιδραστηρίων.

(5) Η σπηλαίωση με υπερήχους διαβρώνει τη μεταλλική επιφάνεια και το κρουστικό κύμα οδηγεί στην παραμόρφωση του μεταλλικού πλέγματος και στο σχηματισμό της εσωτερικής ζώνης παραμόρφωσης, η οποία βελτιώνει τη δραστηριότητα χημικής αντίδρασης του μετάλλου.

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

(7) Για να βελτιωθεί η διασπορά του καταλύτη, ο υπερήχος χρησιμοποιείται συχνά στην παρασκευή του καταλύτη.Η ακτινοβολία με υπερήχους μπορεί να αυξήσει την επιφάνεια του καταλύτη, να κάνει τα ενεργά συστατικά να διασκορπίζονται πιο ομοιόμορφα και να ενισχύσει την καταλυτική δραστηριότητα.

3. Χημεία πολυμερών υπερήχων

Η εφαρμογή της θετικής χημείας πολυμερών υπερήχων έχει προσελκύσει εκτεταμένη προσοχή.Η επεξεργασία με υπερήχους μπορεί να υποβαθμίσει τα μακρομόρια, ιδιαίτερα τα πολυμερή υψηλού μοριακού βάρους.Η κυτταρίνη, η ζελατίνη, το καουτσούκ και η πρωτεΐνη μπορούν να αποικοδομηθούν με επεξεργασία με υπερήχους.Επί του παρόντος, πιστεύεται γενικά ότι ο μηχανισμός υποβάθμισης υπερήχων οφείλεται στην επίδραση της δύναμης και της υψηλής πίεσης όταν σκάει η φυσαλίδα σπηλαίωσης και το άλλο μέρος της υποβάθμισης μπορεί να οφείλεται στην επίδραση της θερμότητας.Υπό ορισμένες συνθήκες, ο υπερηχογράφημα ισχύος 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 πολυβινυλεστέρα και οξειδίου πολυαιθυλενίου για να σχηματιστούν συμπολυμερή μοσχεύματος.

4. Νέα τεχνολογία χημικών αντιδράσεων ενισχυμένη από πεδίο υπερήχων

Ο συνδυασμός της νέας τεχνολογίας χημικών αντιδράσεων και της ενίσχυσης του πεδίου υπερήχων είναι μια άλλη πιθανή κατεύθυνση ανάπτυξης στον τομέα της χημείας υπερήχων.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 την πυκνότητα παρόμοια με το υγρό και το ιξώδες και τον συντελεστή διάχυσης παρόμοιο με το αέριο, γεγονός που καθιστά τη διάλυσή του ισοδύναμη με υγρό και την ικανότητα μεταφοράς μάζας ισοδύναμη με το αέριο.Η απενεργοποίηση του ετερογενούς καταλύτη μπορεί να βελτιωθεί χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες καλής διαλυτότητας και διάχυσης του υπερκρίσιμου ρευστού, αλλά είναι αναμφίβολα το κερασάκι στην τούρτα εάν μπορεί να χρησιμοποιηθεί υπερηχητικό πεδίο για την ενίσχυση του.Το κρουστικό κύμα και η μικροεκτόξευση που δημιουργούνται από τη σπηλαίωση υπερήχων μπορούν όχι μόνο να ενισχύσουν σημαντικά το υπερκρίσιμο ρευστό για να διαλύσει ορισμένες ουσίες που οδηγούν στην απενεργοποίηση του καταλύτη, να παίξουν το ρόλο της εκρόφησης και καθαρισμού και να διατηρήσουν τον καταλύτη ενεργό για μεγάλο χρονικό διάστημα, αλλά και ρόλος της ανάδευσης, που μπορεί να διασκορπίσει το σύστημα αντίδρασης και να κάνει τον ρυθμό μεταφοράς μάζας της χημικής αντίδρασης υπερκρίσιμου υγρού σε υψηλότερο επίπεδο.Επιπλέον, η υψηλή θερμοκρασία και η υψηλή πίεση στο τοπικό σημείο που σχηματίζεται από τη σπηλαίωση με υπερήχους θα ευνοήσουν τη διάσπαση των αντιδρώντων σε ελεύθερες ρίζες και θα επιταχύνουν σημαντικά τον ρυθμό αντίδρασης.Επί του παρόντος, υπάρχουν πολλές μελέτες για τη χημική αντίδραση υπερκρίσιμου ρευστού, αλλά λίγες μελέτες για την ενίσχυση μιας τέτοιας αντίδρασης από υπερηχητικό πεδίο.

5. εφαρμογή υπερήχων υψηλής ισχύος στην παραγωγή βιοντίζελ

Το κλειδί για την παρασκευή του βιοντίζελ είναι η καταλυτική μετεστεροποίηση του γλυκεριδίου λιπαρών οξέων με μεθανόλη και άλλες αλκοόλες χαμηλών εκπομπών άνθρακα.Ο υπέρηχος μπορεί προφανώς να ενισχύσει την αντίδραση μετεστεροποίησης, ειδικά για ετερογενή συστήματα αντίδρασης, μπορεί να ενισχύσει σημαντικά το αποτέλεσμα ανάμειξης (γαλακτωματοποίησης) και να προωθήσει την αντίδραση έμμεσης μοριακής επαφής, έτσι ώστε η αντίδραση αρχικά να απαιτείται να πραγματοποιηθεί σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας (υψηλής πίεσης). μπορεί να ολοκληρωθεί σε θερμοκρασία δωματίου (ή κοντά σε θερμοκρασία δωματίου), και να συντομεύσει το χρόνο αντίδρασης.Το υπερηχητικό κύμα δεν χρησιμοποιείται μόνο στη διαδικασία μετεστεροποίησης, αλλά και στον διαχωρισμό του μίγματος αντίδρασης.Ερευνητές από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Μισισιπή στις Ηνωμένες Πολιτείες χρησιμοποίησαν επεξεργασία με υπερήχους για την παραγωγή βιοντίζελ.Η απόδοση του βιοντίζελ ξεπέρασε το 99% μέσα σε 5 λεπτά, ενώ το συμβατικό σύστημα αντιδραστήρων παρτίδας χρειάστηκε περισσότερο από 1 ώρα.