Ứng dụng sớm của siêu âm trong hóa sinh là dùng sóng siêu âm đập vỡ thành tế bào để giải phóng chất bên trong.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 cơ sở dinh dưỡng lỏng có thể làm tăng tốc độ phát triển của tế bào tảo, do đó làm tăng lượng protein do các tế bào này tạo ra lên gấp ba lần.

So với mật độ năng lượng của sự sụp đổ bong bóng cavitation, mật độ năng lượng của trường âm thanh siêu âm đã được tăng lên hàng nghìn tỷ lần, dẫn đến sự tập trung năng lượng rất lớn;Hiện tượng hóa âm và phát quang siêu âm do nhiệt độ và áp suất cao tạo ra bởi bong bóng tạo bọt là những dạng trao đổi năng lượng và vật chất độc đáo trong hóa âm.Do đó, siêu âm đóng vai trò ngày càng quan trọng trong chiết xuất hóa học, sản xuất diesel sinh học, tổng hợp hữu cơ, xử lý vi sinh vật, 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 chặn và loại bỏ cặn siêu âm, nghiền tế bào sinh học. , phân tán và kết tụ, và phản ứng hóa âm.

1. phản ứng hóa học tăng cường siêu âm.

Phản ứng hóa học tăng cường siêu âm.Động lực chính là siêu âm cavitation.Sự sụp đổ của lõi bong bóng tạo bọt tạo ra nhiệt độ cao cục bộ, áp suất cao, tác động mạnh và tia cực 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 ngày càng thu hút được nhiều sự quan tâm.Tác dụng 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 chất phản ứng thành gốc tự do và cacbon hóa trị hai, tạo thành các loại phản ứng hoạt động mạnh hơn;

(2) Sóng xung kích và tia vi mô có tác dụng giải hấp và làm sạch trên bề mặt rắn (chẳng hạn 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 chất phản ứng phân tán;

(5) Xâm thực siêu âm làm xói mòn bề mặt kim loại và sóng xung kích dẫn đến biến dạng mạng kim loại và hình thành vùng biến dạng bên trong, giúp cải thiện hoạt động phản ứng hóa học của kim loại;

6) Thúc đẩy dung môi thẩm thấu vào chất rắn để tạo ra phản ứng bao gồm;

(7) Để cải thiện sự phân tán của chất xúc tác, siêu âm thường được sử dụng trong điều chế 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 polymer siêu âm

Việc áp dụng hóa học polymer dương siêu âm đã thu hút được sự chú ý rộng rãi.Xử lý siêu âm có thể làm suy giảm 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 cách xử lý siêu âm.Hiện nay, người ta thường tin rằng cơ chế phân hủy siêu âm là do tác dụng của lực và áp suất cao khi bong bóng tạo bọt vỡ, phần còn lại của sự phân hủy có thể là do tác động của nhiệt.Trong những điều kiện nhất định, siêu âm điện cũng có thể bắt đầu quá trình trùng hợp.Chiếu xạ siêu âm mạnh có thể bắt đầu quá trình đồng trùng hợp của rượu polyvinyl và acrylonitril để chuẩn bị copolyme khối và quá trình đồng trùng hợp của polyvinyl axetat và oxit polyetylen để tạo thành copolyme 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 chất lỏng, độ nhớt và hệ số khuếch tán tương tự chất khí, khiến độ hòa tan của nó tương đương với chất lỏng và khả năng truyền khối của nó tương đương với chất 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 đó sẽ là lớp băng trên bánh nếu trường siêu âm có thể được sử dụng để tăng cường nó.Sóng xung kích và tia siêu nhỏ được tạo ra bởi cavitation 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, đồng thời giữ cho chất xúc tác hoạt động trong thời gian dài mà còn đóng vai trò vai trò khuấy trộn, có thể phân tán hệ thống phản ứng và làm cho 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 do tạo bọt siêu âm sẽ có lợi cho quá trình bẻ gãy chất phản ứng thành gốc tự do và đẩy nhanh tốc độ phản ứng một cách đáng kể.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 đó bằng trường siêu âm.

5. Ứng dụng siêu âm công suất cao trong sản xuất diesel sinh học

Chìa khóa để điều chế dầu diesel sinh học là quá trình este hóa chéo xúc tác của axit béo glyceride với metanol và các rượu có hàm lượng cacbon thấp khác.Siêu âm rõ ràng có thể tăng cường phản ứng chuyển hóa, đặc biệt đối với các hệ thống phản ứng không đồng nhất, nó có thể tăng cường đáng kể hiệu ứng trộn (nhũ tương 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 hóa este mà còn được sử dụng trong việc tách hỗn hợp phản ứng.Các nhà nghiên cứu từ Đại học bang Mississippi ở Hoa Kỳ đã sử dụng xử lý siêu âm trong sản xuất dầu diesel sinh học.Hiệu suất diesel sinh học vượt 99% trong vòng 5 phút, trong khi hệ thống phản ứng mẻ thông thường mất hơn 1 giờ.