Ứng dụng ban đầu của siêu âm trong sinh hóa học là đập vỡ thành tế bào bằng siêu âm để giải phóng nội dung của nó. Các nghiên cứu sau đó đã chỉ ra rằng siêu âm cường độ thấp có thể thúc đẩy quá trình phản ứng sinh hóa. Ví dụ, chiếu xạ siêu âm vào chất dinh dưỡng lỏng có thể làm tăng tốc độ tăng trưởng của tế bào tảo, do đó làm tăng lượng protein do các tế bào này sản xuất lên gấp ba lần.

So với mật độ năng lượng của sự sụp đổ của bong bóng khí, mật độ năng lượng của trường âm thanh siêu âm đã được mở rộng lên hàng nghìn tỷ lần, dẫn đến sự tập trung năng lượng khổng lồ; Hiện tượng siêu âm hóa học và phát quang siêu âm do nhiệt độ và áp suất cao tạo ra bởi các bong bóng khí là những dạng năng lượng và trao đổi vật liệu độc đáo trong siêu âm hóa học. Do đó, siêu âm đóng vai trò ngày càng quan trọng trong chiết xuất hóa học, sản xuất biodiesel, tổng hợp hữu cơ, xử lý vi sinh, phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ độc hại, tốc độ và năng suất phản ứng hóa học, hiệu suất xúc tác của chất xúc tác, xử lý phân hủy sinh học, ngăn ngừa và loại bỏ cặn siêu âm, nghiền tế bào sinh học, phân tán và kết tụ, và phản ứng siêu âm hóa học.

1. Phản ứng hóa học tăng cường bằng siêu âm.

Phản ứng hóa học tăng cường siêu âm. Động lực chính là sự tạo bọt siêu âm. Sự sụp đổ của lõi bong bóng tạo bọt tạo ra nhiệt độ cao cục bộ, áp suất cao và tác động mạnh và tia siêu nhỏ, cung cấp một môi trường vật lý và hóa học mới và rất đặc biệt cho các phản ứng hóa học khó hoặc không thể đạt được trong điều kiện bình thường.

2. Phản ứng xúc tác siêu âm.

Là một lĩnh vực nghiên cứu mới, phản ứng xúc tác siêu âm đã thu hút ngày càng nhiều sự quan tâm. Các tác động chính của siêu âm đối với phản ứng xúc tác là:

(1) Nhiệt độ cao và áp suất cao có lợi cho quá trình bẻ gãy các chất phản ứng thành các gốc tự do và cacbon hóa trị hai, tạo thành các chất phản ứng hoạt động hơn;

(2) Sóng xung kích và tia vi mô có tác dụng giải hấp và làm sạch bề mặt rắn (như chất xúc tác), có thể loại bỏ các sản phẩm phản ứng bề mặt hoặc chất trung gian và lớp thụ động bề mặt chất xúc tác;

(3) Sóng xung kích có thể phá hủy cấu trúc chất phản ứng

(4) Hệ phản ứng phân tán;

(5) Sóng siêu âm xâm thực bề mặt kim loại, sóng xung kích làm biến dạng mạng kim loại và hình thành vùng ứng suất bên trong, cải thiện hoạt động phản ứng hóa học của kim loại;

6) Thúc đẩy dung môi thẩm thấu vào chất rắn để tạo ra cái gọi là phản ứng bao hàm;

(7) Để cải thiện sự phân tán của chất xúc tác, siêu âm thường được sử dụng trong quá trình chuẩn bị chất xúc tác. Chiếu xạ siêu âm có thể làm tăng diện tích bề mặt của chất xúc tác, làm cho các thành phần hoạt động phân tán đều hơn và tăng cường hoạt động xúc tác.

3. Hóa học polyme siêu âm

Ứng dụng của hóa học polyme siêu âm dương đã thu hút được sự chú ý rộng rãi. Xử lý siêu âm có thể phân hủy các đại phân tử, đặc biệt là các polyme có trọng lượng phân tử cao. Cellulose, gelatin, cao su và protein có thể bị phân hủy bằng xử lý siêu âm. Hiện nay, người ta thường tin rằng cơ chế phân hủy siêu âm là do tác động của lực và áp suất cao khi bong bóng rỗng vỡ, và phần khác của sự phân hủy có thể là do tác động của nhiệt. Trong một số điều kiện nhất định, siêu âm công suất cũng có thể khởi tạo quá trình trùng hợp. Chiếu xạ siêu âm mạnh có thể khởi tạo quá trình đồng trùng hợp polyvinyl alcohol và acrylonitrile để tạo ra các đồng trùng hợp khối và đồng trùng hợp polyvinyl acetate và polyethylene oxide để tạo thành các đồng trùng hợp ghép.

4. Công nghệ phản ứng hóa học mới được tăng cường bằng trường siêu âm

Sự kết hợp giữa công nghệ phản ứng hóa học mới và tăng cường trường siêu âm là một hướng phát triển tiềm năng khác trong lĩnh vực hóa học siêu âm. Ví dụ, chất lỏng siêu tới hạn được sử dụng làm môi trường và trường siêu âm được sử dụng để tăng cường phản ứng xúc tác. Ví dụ, chất lỏng siêu tới hạn có mật độ tương tự như chất lỏng và độ nhớt và hệ số khuếch tán tương tự như khí, khiến khả năng hòa tan của nó tương đương với chất lỏng và khả năng truyền khối của nó tương đương với khí. Việc vô hiệu hóa chất xúc tác không đồng nhất có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các đặc tính hòa tan và khuếch tán tốt của chất lỏng siêu tới hạn, nhưng chắc chắn là điều tuyệt vời nhất nếu có thể sử dụng trường siêu âm để tăng cường nó. Sóng xung kích và tia siêu nhỏ do hiện tượng tạo bọt siêu âm không chỉ có thể tăng cường đáng kể chất lỏng siêu tới hạn để hòa tan một số chất dẫn đến vô hiệu hóa chất xúc tác, đóng vai trò giải hấp và làm sạch, giữ cho chất xúc tác hoạt động trong thời gian dài mà còn đóng vai trò khuấy, có thể phân tán hệ thống phản ứng và đưa tốc độ truyền khối của phản ứng hóa học chất lỏng siêu tới hạn lên mức cao hơn. Ngoài ra, nhiệt độ cao và áp suất cao tại điểm cục bộ được hình thành bởi quá trình tạo bọt siêu âm sẽ có lợi cho quá trình crack các chất phản ứng thành các gốc tự do và tăng tốc đáng kể tốc độ phản ứng. Hiện nay, có nhiều nghiên cứu về phản ứng hóa học của chất lỏng siêu tới hạn, nhưng ít nghiên cứu về việc tăng cường phản ứng như vậy bằng trường siêu âm.

5. Ứng dụng siêu âm công suất cao trong sản xuất biodiesel

Chìa khóa để điều chế biodiesel là quá trình chuyển este xúc tác của glyceride axit béo với methanol và các loại rượu ít cacbon khác. Siêu âm rõ ràng có thể tăng cường phản ứng chuyển este, đặc biệt đối với các hệ phản ứng không đồng nhất, nó có thể tăng cường đáng kể hiệu ứng trộn (nhũ hóa) và thúc đẩy phản ứng tiếp xúc phân tử gián tiếp, do đó phản ứng ban đầu cần được thực hiện trong điều kiện nhiệt độ cao (áp suất cao) có thể được hoàn thành ở nhiệt độ phòng (hoặc gần nhiệt độ phòng), và rút ngắn thời gian phản ứng. Sóng siêu âm không chỉ được sử dụng trong quá trình chuyển este mà còn trong quá trình tách hỗn hợp phản ứng. Các nhà nghiên cứu từ Đại học bang Mississippi ở Hoa Kỳ đã sử dụng quá trình xử lý siêu âm trong quá trình sản xuất biodiesel. Năng suất biodiesel vượt quá 99% trong vòng 5 phút, trong khi hệ thống lò phản ứng mẻ thông thường mất hơn 1 giờ.