Biyokimyada ultrasonun erken uygulaması, hücre duvarını ultrasonla parçalayarak içeriğini serbest bırakmak olmalıdır. Sonraki çalışmalar, düşük yoğunluklu ultrasonun biyokimyasal reaksiyon sürecini destekleyebileceğini göstermiştir. Örneğin, sıvı besin bazının ultrasonik ışınlanması, alg hücrelerinin büyüme hızını artırabilir ve böylece bu hücreler tarafından üretilen protein miktarını üç katına çıkarabilir.

Kavitasyon kabarcığı çöküşünün enerji yoğunluğuyla karşılaştırıldığında, ultrasonik ses alanının enerji yoğunluğu trilyonlarca kat artmış ve bu da muazzam bir enerji konsantrasyonuyla sonuçlanmıştır; Kavitasyon kabarcıklarının ürettiği yüksek sıcaklık ve basınçtan kaynaklanan sonokimyasal olaylar ve sonolüminesans, sonokimyada benzersiz enerji ve malzeme alışverişi biçimleridir. Bu nedenle, ultrason kimyasal ekstraksiyonda, biyodizel üretiminde, organik sentezde, mikrobiyal arıtmada, toksik organik kirleticilerin bozunmasında, kimyasal reaksiyon hızında ve veriminde, katalizörün katalitik verimliliğinde, biyolojik bozunma arıtımında, ultrasonik kireç önleme ve gidermede, biyolojik hücre ezmede, dispersiyon ve aglomerasyonda ve sonokimyasal reaksiyonda giderek daha önemli bir rol oynamaktadır.

1. ultrasonik güçlendirilmiş kimyasal reaksiyon.

Ultrason destekli kimyasal reaksiyon. Ana itici güç ultrasonik kavitasyondur. Kavitasyon yapan kabarcık çekirdeğinin çökmesi, yerel yüksek sıcaklık, yüksek basınç ve güçlü darbe ve mikro jet üretir; bu da normal koşullar altında elde edilmesi zor veya imkansız olan kimyasal reaksiyonlar için yeni ve çok özel bir fiziksel ve kimyasal ortam sağlar.

2. Ultrasonik katalitik reaksiyon.

Yeni bir araştırma alanı olarak, ultrasonik katalitik reaksiyon giderek daha fazla ilgi çekmektedir. Ultrasonun katalitik reaksiyon üzerindeki başlıca etkileri şunlardır:

(1) Yüksek sıcaklık ve yüksek basınç, tepkime maddelerinin serbest radikallere ve iki değerlikli karbona parçalanmasına ve daha aktif tepkime türlerinin oluşmasına yardımcı olur;

(2) Şok dalgası ve mikro jet, katı yüzey (örneğin katalizör) üzerinde desorpsiyon ve temizleme etkilerine sahiptir, bu da yüzey reaksiyon ürünlerini veya ara maddeleri ve katalizör yüzey pasifleştirme tabakasını giderebilir;

(3) Şok dalgası, tepkime yapısını tahrip edebilir

(4) Dağıtılmış tepkime sistemi;

(5) Ultrasonik kavitasyon metal yüzeyi aşındırır ve şok dalgası metal kafesin deformasyonuna ve iç gerinim bölgesinin oluşumuna yol açar, bu da metalin kimyasal reaksiyon aktivitesini iyileştirir;

6) Çözücünün katıya nüfuz etmesini sağlayarak sözde inklüzyon reaksiyonunu üretmek;

(7) Katalizörün dağılımını iyileştirmek için, katalizörün hazırlanmasında genellikle ultrasonik kullanılır. Ultrasonik ışınlama, katalizörün yüzey alanını artırabilir, aktif bileşenlerin daha eşit dağılmasını sağlayabilir ve katalitik aktiviteyi artırabilir.

3. Ultrasonik polimer kimyası

Ultrasonik pozitif polimer kimyasının uygulanması kapsamlı ilgi çekmiştir. Ultrasonik işlem, özellikle yüksek molekül ağırlıklı polimerler olmak üzere makromolekülleri parçalayabilir. Selüloz, jelatin, kauçuk ve protein, ultrasonik işlemle parçalanabilir. Şu anda, ultrasonik parçalanma mekanizmasının, kavitasyon kabarcığı patladığında kuvvetin ve yüksek basıncın etkisinden kaynaklandığına ve parçalanmanın diğer kısmının ısının etkisinden kaynaklanabileceğine genel olarak inanılmaktadır. Belirli koşullar altında, güçlü ultrason da polimerizasyonu başlatabilir. Güçlü ultrason ışınımı, blok kopolimerleri hazırlamak için polivinil alkol ve akrilonitrilin kopolimerizasyonunu ve aşı kopolimerleri oluşturmak için polivinil asetat ve polietilen oksidin kopolimerizasyonunu başlatabilir.

4. Ultrasonik alanla geliştirilen yeni kimyasal reaksiyon teknolojisi

Yeni kimyasal reaksiyon teknolojisi ve ultrasonik alan geliştirmenin birleşimi, ultrasonik kimya alanında bir başka potansiyel geliştirme yönüdür. Örneğin, süperkritik akışkan ortam olarak kullanılır ve ultrasonik alan katalitik reaksiyonu güçlendirmek için kullanılır. Örneğin, süperkritik akışkan sıvıya benzer yoğunluğa ve gaza benzer viskozite ve difüzyon katsayısına sahiptir, bu da çözünmesini sıvıya eşdeğer ve kütle transfer kapasitesini gaza eşdeğer kılar. Heterojen katalizörün deaktivasyonu, süperkritik akışkanın iyi çözünürlük ve difüzyon özelliklerini kullanarak iyileştirilebilir, ancak ultrasonik alanın onu güçlendirmek için kullanılabilmesi şüphesiz pastanın üzerindeki kremadır. Ultrasonik kavitasyon tarafından üretilen şok dalgası ve mikro jet, sadece katalizör deaktivasyonuna yol açan bazı maddeleri çözmek için süperkritik akışkanı büyük ölçüde geliştirmekle kalmaz, desorpsiyon ve temizleme rolünü oynar ve katalizörü uzun süre aktif tutar, aynı zamanda reaksiyon sistemini dağıtabilen ve süperkritik akışkan kimyasal reaksiyonunun kütle transfer oranını daha yüksek bir seviyeye çıkarabilen karıştırma rolünü de oynar. Ek olarak, ultrasonik kavitasyonun oluşturduğu yerel noktadaki yüksek sıcaklık ve yüksek basınç, reaktanların serbest radikallere parçalanmasına yardımcı olacak ve reaksiyon hızını büyük ölçüde hızlandıracaktır. Şu anda, süperkritik akışkanın kimyasal reaksiyonu hakkında birçok çalışma var, ancak bu tür reaksiyonun ultrasonik alanla artırılması hakkında çok az çalışma var.

5. Biyodizel üretiminde yüksek güçlü ultrasonik uygulaması

Biyodizel hazırlamanın anahtarı, yağ asidi gliseridinin metanol ve diğer düşük karbonlu alkollerle katalitik transesterifikasyonudur. Ultrason, özellikle heterojen reaksiyon sistemleri için transesterifikasyon reaksiyonunu açıkça güçlendirebilir, karıştırma (emülsifikasyon) etkisini önemli ölçüde artırabilir ve dolaylı moleküler temas reaksiyonunu teşvik edebilir, böylece başlangıçta yüksek sıcaklık (yüksek basınç) koşulları altında gerçekleştirilmesi gereken reaksiyon oda sıcaklığında (veya oda sıcaklığına yakın) tamamlanabilir ve reaksiyon süresi kısaltılabilir. Ultrasonik dalga yalnızca transesterifikasyon sürecinde değil, aynı zamanda reaksiyon karışımının ayrılmasında da kullanılır. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Mississippi Eyalet Üniversitesi'nden araştırmacılar, biyodizel üretiminde ultrasonik işlemeyi kullandılar. Biyodizel verimi 5 dakika içinde %99'u aşarken, geleneksel parti reaktör sistemi 1 saatten fazla sürdü.