Rana primjena ultrazvuka u biohemiji trebala bi biti razbijanje ćelijskog zida ultrazvukom kako bi se oslobodio njegov sadržaj. Naknadne studije su pokazale da ultrazvuk niskog intenziteta može potaknuti proces biohemijske reakcije. Na primjer, ultrazvučno zračenje tekuće hranjive baze može povećati brzinu rasta algi, čime se količina proteina koju proizvode ove ćelije povećava za tri puta.

U poređenju sa gustinom energije kolapsa kavitacijskih mjehurića, gustina energije ultrazvučnog zvučnog polja je povećana trilione puta, što rezultira ogromnom koncentracijom energije; Sonohemijski fenomeni i sonoluminiscencija uzrokovani visokom temperaturom i pritiskom koje proizvode kavitacijski mjehurići su jedinstveni oblici razmjene energije i materijala u sonohemiji. Stoga, ultrazvuk igra sve važniju ulogu u hemijskoj ekstrakciji, proizvodnji biodizela, organskoj sintezi, mikrobnom tretmanu, razgradnji toksičnih organskih zagađivača, brzini i prinosu hemijske reakcije, katalitičkoj efikasnosti katalizatora, tretmanu biodegradacije, ultrazvučnom sprečavanju i uklanjanju kamenca, drobljenju bioloških ćelija, disperziji i aglomeraciji, te sonohemijskoj reakciji.

1. ultrazvučno poboljšana hemijska reakcija.

Ultrazvučno pojačana hemijska reakcija. Glavna pokretačka sila je ultrazvučna kavitacija. Urušavanje jezgra kavitirajućeg mjehurića proizvodi lokalnu visoku temperaturu, visoki pritisak i snažan udar i mikro mlaz, što pruža novo i vrlo posebno fizičko i hemijsko okruženje za hemijske reakcije koje je teško ili nemoguće postići pod normalnim uslovima.

2. Ultrazvučna katalitička reakcija.

Kao novo istraživačko polje, ultrazvučna katalitička reakcija privlači sve veći interes. Glavni efekti ultrazvuka na katalitičku reakciju su:

(1) Visoka temperatura i visoki pritisak pogoduju razgradnji reaktanata u slobodne radikale i dvovalentni ugljik, formirajući aktivnije reakcijske vrste;

(2) Udarni talas i mikro mlaz imaju efekte desorpcije i čišćenja na čvrstoj površini (kao što je katalizator), što može ukloniti površinske reakcijske produkte ili međuprodukte i sloj pasivizacije površine katalizatora;

(3) Udarni val može uništiti strukturu reaktanta

(4) Sistem dispergovanih reaktanata;

(5) Ultrazvučna kavitacija erodira metalnu površinu, a udarni val dovodi do deformacije metalne rešetke i formiranja zone unutrašnjeg naprezanja, što poboljšava aktivnost hemijske reakcije metala;

6) Potaknuti prodiranje rastvarača u čvrstu tvar kako bi se izazvala takozvana reakcija inkluzije;

(7) Za poboljšanje disperzije katalizatora, ultrazvuk se često koristi u njegovoj pripremi. Ultrazvučno zračenje može povećati površinu katalizatora, ravnomjernije dispergirati aktivne komponente i poboljšati katalitičku aktivnost.

3. Ultrazvučna polimerna hemija

Primjena ultrazvučne pozitivne polimerne hemije privukla je veliku pažnju. Ultrazvučni tretman može degradirati makromolekule, posebno polimere visoke molekularne težine. Celuloza, želatin, guma i proteini mogu se degradirati ultrazvučnim tretmanom. Trenutno se općenito vjeruje da je mehanizam ultrazvučne degradacije posljedica djelovanja sile i visokog pritiska kada kavitacijski mjehurić puca, a drugi dio degradacije može biti posljedica djelovanja topline. Pod određenim uvjetima, snažan ultrazvuk također može pokrenuti polimerizaciju. Snažno ultrazvučno zračenje može pokrenuti kopolimerizaciju polivinil alkohola i akrilonitrila za pripremu blok kopolimera, te kopolimerizaciju polivinil acetata i polietilen oksida za formiranje kalemljenih kopolimera.

4. Nova tehnologija hemijskih reakcija poboljšana ultrazvučnim poljem

Kombinacija nove tehnologije hemijskih reakcija i poboljšanja ultrazvučnog polja je još jedan potencijalni pravac razvoja u oblasti ultrazvučne hemije. Na primjer, superkritični fluid se koristi kao medij, a ultrazvučno polje se koristi za pojačavanje katalitičke reakcije. Na primjer, superkritični fluid ima gustinu sličnu tečnosti, a viskoznost i koeficijent difuzije slične gasu, što čini njegovo rastvaranje ekvivalentnim tečnosti, a kapacitet prenosa mase ekvivalentnim gasu. Deaktivacija heterogenog katalizatora može se poboljšati korištenjem dobrih svojstava rastvorljivosti i difuzije superkritičnog fluida, ali nesumnjivo je šlag na torti ako se ultrazvučno polje može koristiti za njegovo pojačavanje. Udarni talas i mikro mlaz generisani ultrazvučnom kavitacijom ne samo da mogu značajno poboljšati rastvaranje nekih supstanci u superkritičnom fluidu, što dovodi do deaktivacije katalizatora, igrati ulogu desorpcije i čišćenja, te održavati katalizator aktivnim dugo vremena, već i igrati ulogu miješanja, što može dispergovati reakcioni sistem i podići brzinu prenosa mase u hemijskoj reakciji superkritičnog fluida na viši nivo. Osim toga, visoka temperatura i visoki pritisak na lokalnoj tački formiranoj ultrazvučnom kavitacijom pogodovat će razgradnji reaktanata u slobodne radikale i znatno ubrzati brzinu reakcije. Trenutno postoji mnogo studija o hemijskoj reakciji superkritičnog fluida, ali malo studija o pojačavanju takve reakcije ultrazvučnim poljem.

5. primjena ultrazvuka velike snage u proizvodnji biodizela

Ključ za pripremu biodizela je katalitička transesterifikacija glicerida masnih kiselina s metanolom i drugim alkoholima s niskim udjelom ugljika. Ultrazvuk očito može pojačati reakciju transesterifikacije, posebno za heterogene reakcijske sisteme, može značajno poboljšati učinak miješanja (emulgacije) i potaknuti indirektnu molekularnu kontaktnu reakciju, tako da se reakcija koja se prvobitno morala provesti pod uvjetima visoke temperature (visokog pritiska) može završiti na sobnoj temperaturi (ili blizu sobne temperature) i skratiti vrijeme reakcije. Ultrazvučni valovi se ne koriste samo u procesu transesterifikacije, već i u odvajanju reakcijske smjese. Istraživači sa Državnog univerziteta Mississippi u Sjedinjenim Državama koristili su ultrazvučnu obradu u proizvodnji biodizela. Prinos biodizela premašio je 99% u roku od 5 minuta, dok je konvencionalnom šaržnom reaktorskom sistemu trebalo više od 1 sat.