Раннее применение ультразвука в биохимии должно заключаться в разрушении клеточной стенки ультразвуком и высвобождении ее содержимого.Последующие исследования показали, что ультразвук низкой интенсивности может стимулировать процесс биохимической реакции.Например, ультразвуковое облучение жидкой питательной основы позволяет увеличить скорость роста клеток водорослей, тем самым увеличивая количество белка, вырабатываемого этими клетками, в три раза.

По сравнению с плотностью энергии коллапса кавитационного пузыря плотность энергии ультразвукового звукового поля увеличилась в триллионы раз, что привело к огромной концентрации энергии;Сонохимические явления и сонолюминесценция, вызванные высокой температурой и давлением, создаваемыми кавитационными пузырьками, являются уникальными формами обмена энергии и веществ в сонохимии.Таким образом, ультразвук играет все более важную роль в химической экстракции, производстве биодизеля, органическом синтезе, микробной обработке, разложении токсичных органических загрязнителей, скорости и выходе химических реакций, каталитической эффективности катализатора, обработке биоразложения, предотвращении и удалении накипи ультразвуком, дроблении биологических клеток. , дисперсия и агломерация, сонохимическая реакция.

1. Химическая реакция, усиленная ультразвуком.

Химическая реакция, усиленная ультразвуком.Основной движущей силой является ультразвуковая кавитация.Коллапс кавитирующего ядра пузыря приводит к локальной высокой температуре, высокому давлению и сильному удару, а также микроструе, которая обеспечивает новую и совершенно особую физическую и химическую среду для химических реакций, которых трудно или невозможно достичь в обычных условиях.

2. Ультразвуковая каталитическая реакция.

Ультразвуковая каталитическая реакция как новая область исследований вызывает все больший интерес.Основными эффектами ультразвука на каталитическую реакцию являются:

(1) Высокая температура и высокое давление способствуют крекингу реагентов на свободные радикалы и двухвалентный углерод, образуя более активные реакционные формы;

(2) Ударная волна и микроструя оказывают десорбционное и очищающее воздействие на твердую поверхность (например, катализатор), что позволяет удалять продукты или промежуточные продукты поверхностной реакции, а также слой пассивации поверхности катализатора;

(3) Ударная волна может разрушить структуру реагента.

(4) дисперсная система реагентов;

(5) Ультразвуковая кавитация разрушает поверхность металла, а ударная волна приводит к деформации металлической решетки и образованию зоны внутренней деформации, что повышает химическую реакционную активность металла;

6) способствуют проникновению растворителя в твердое вещество, вызывая так называемую реакцию включения;

(7) Для улучшения дисперсии катализатора при приготовлении катализатора часто используется ультразвук.Ультразвуковое облучение может увеличить площадь поверхности катализатора, сделать активные компоненты более равномерными и повысить каталитическую активность.

3. Ультразвуковая химия полимеров

Применение ультразвуковой позитивной химии полимеров привлекло широкое внимание.Ультразвуковая обработка может разрушить макромолекулы, особенно высокомолекулярные полимеры.Целлюлоза, желатин, каучук и белок могут быть разрушены ультразвуковой обработкой.В настоящее время принято считать, что механизм ультразвуковой деградации обусловлен действием силы и высокого давления, когда кавитационный пузырек лопается, а другая часть деградации может быть обусловлена ​​воздействием тепла.При определенных условиях мощный ультразвук также может инициировать полимеризацию.Сильное ультразвуковое облучение может инициировать сополимеризацию поливинилового спирта и акрилонитрила с образованием блок-сополимеров, а также сополимеризацию поливинилацетата и полиэтиленоксида с образованием привитых сополимеров.

4. Новая технология химических реакций, усиленная ультразвуковым полем.

Сочетание новой технологии химических реакций и усиления ультразвукового поля является еще одним потенциальным направлением развития в области ультразвуковой химии.Например, в качестве среды используется сверхкритическая жидкость, а для усиления каталитической реакции используется ультразвуковое поле.Например, сверхкритическая жидкость имеет плотность, подобную жидкости, а вязкость и коэффициент диффузии подобна газу, что делает ее растворение эквивалентным жидкости, а ее способность массообмена - эквивалентной газу.Дезактивацию гетерогенного катализатора можно улучшить, используя хорошие растворяющие и диффузионные свойства сверхкритической жидкости, но это, несомненно, вишенка на торте, если для ее усиления можно использовать ультразвуковое поле.Ударная волна и микроструя, генерируемые ультразвуковой кавитацией, могут не только значительно улучшить сверхкритическую жидкость для растворения некоторых веществ, которые приводят к дезактивации катализатора, играют роль десорбции и очистки и сохраняют активность катализатора в течение длительного времени, но также играют роль роль перемешивания, которое может диспергировать реакционную систему и повысить скорость массообмена химической реакции в сверхкритической жидкости.Кроме того, высокая температура и высокое давление в локальной точке, образованной ультразвуковой кавитацией, будут способствовать крекингу реагентов на свободные радикалы и значительно ускорять скорость реакции.В настоящее время проведено много исследований химической реакции сверхкритической жидкости, но мало исследований по усилению такой реакции ультразвуковым полем.

5. применение мощного ультразвука в производстве биодизеля.

Ключом к получению биодизеля является каталитическая переэтерификация глицеридов жирных кислот метанолом и другими низкоуглеродистыми спиртами.Ультразвук, очевидно, может усилить реакцию переэтерификации, особенно для гетерогенных реакционных систем, он может значительно усилить эффект смешивания (эмульгирования) и способствовать реакции непрямого молекулярного контакта, так что первоначально реакцию необходимо было проводить в условиях высокой температуры (высокого давления). можно завершить при комнатной температуре (или близкой к комнатной температуре) и сократить время реакции.Ультразвуковая волна используется не только в процессе переэтерификации, но и при разделении реакционной смеси.Исследователи из Университета штата Миссисипи в США использовали ультразвуковую обработку при производстве биодизеля.Выход биодизеля превысил 99% за 5 минут, в то время как в обычной реакторной системе периодического действия на это ушло более 1 часа.