A aplicação inicial do ultrassom em bioquímica deveria ser quebrar a parede celular com ultrassom para liberar seu conteúdo.Estudos subsequentes mostraram que o ultrassom de baixa intensidade pode promover o processo de reação bioquímica.Por exemplo, a irradiação ultrassônica de base nutritiva líquida pode aumentar a taxa de crescimento das células de algas, aumentando assim em três vezes a quantidade de proteína produzida por essas células.

Comparada com a densidade de energia do colapso da bolha de cavitação, a densidade de energia do campo sonoro ultrassônico foi ampliada em trilhões de vezes, resultando em uma enorme concentração de energia;Os fenômenos sonoquímicos e a sonoluminescência causados ​​​​pela alta temperatura e pressão produzidas pelas bolhas de cavitação são formas únicas de energia e troca de materiais na sonoquímica.Portanto, o ultrassom desempenha um papel cada vez mais importante na extração química, produção de biodiesel, síntese orgânica, tratamento microbiano, degradação de poluentes orgânicos tóxicos, velocidade e rendimento de reação química, eficiência catalítica do catalisador, tratamento de biodegradação, prevenção e remoção de incrustações ultrassônicas, esmagamento de células biológicas. , dispersão e aglomeração e reação sonoquímica.

1. reação química aprimorada por ultrassom.

Reação química aprimorada por ultrassom.A principal força motriz é a cavitação ultrassônica.O colapso do núcleo da bolha cavitante produz alta temperatura local, alta pressão e forte impacto e microjato, o que fornece um ambiente físico e químico novo e muito especial para reações químicas que são difíceis ou impossíveis de serem alcançadas em condições normais.

2. Reação catalítica ultrassônica.

Como um novo campo de pesquisa, a reação catalítica ultrassônica tem atraído cada vez mais interesse.Os principais efeitos do ultrassom na reação catalítica são:

(1) Alta temperatura e alta pressão conduzem ao craqueamento dos reagentes em radicais livres e carbono divalente, formando espécies de reação mais ativas;

(2) A onda de choque e o microjato têm efeitos de dessorção e limpeza na superfície sólida (como o catalisador), que podem remover produtos de reação superficial ou intermediários e camada de passivação da superfície do catalisador;

(3) A onda de choque pode destruir a estrutura do reagente

(4) Sistema reagente disperso;

(5) A cavitação ultrassônica corrói a superfície do metal, e a onda de choque leva à deformação da estrutura metálica e à formação da zona de deformação interna, o que melhora a atividade da reação química do metal;

6) Promover a penetração do solvente no sólido para produzir a chamada reação de inclusão;

(7) Para melhorar a dispersão do catalisador, o ultrassom é frequentemente usado na preparação do catalisador.A irradiação ultrassônica pode aumentar a área superficial do catalisador, fazer com que os componentes ativos se dispersem de maneira mais uniforme e aumentem a atividade catalítica.

3. Química do polímero ultrassônico

A aplicação da química de polímeros positivos ultrassônicos atraiu muita atenção.O tratamento ultrassônico pode degradar macromoléculas, especialmente polímeros de alto peso molecular.Celulose, gelatina, borracha e proteínas podem ser degradadas por tratamento ultrassônico.Atualmente, acredita-se geralmente que o mecanismo de degradação ultrassônica se deve ao efeito da força e da alta pressão quando a bolha de cavitação estoura, e a outra parte da degradação pode ser devida ao efeito do calor.Sob certas condições, o ultrassom potente também pode iniciar a polimerização.A forte irradiação ultrassônica pode iniciar a copolimerização de álcool polivinílico e acrilonitrila para preparar copolímeros em bloco, e a copolimerização de acetato de polivinila e óxido de polietileno para formar copolímeros de enxerto.

4. Nova tecnologia de reação química aprimorada por campo ultrassônico

A combinação de nova tecnologia de reação química e aprimoramento do campo ultrassônico é outra direção potencial de desenvolvimento no campo da química ultrassônica.Por exemplo, o fluido supercrítico é usado como meio e o campo ultrassônico é usado para fortalecer a reação catalítica.Por exemplo, o fluido supercrítico tem densidade semelhante ao líquido e viscosidade e coeficiente de difusão semelhantes ao gás, o que torna sua dissolução equivalente ao líquido e sua capacidade de transferência de massa equivalente ao gás.A desativação do catalisador heterogêneo pode ser melhorada usando as boas propriedades de solubilidade e difusão do fluido supercrítico, mas é sem dúvida a cereja do bolo se o campo ultrassônico puder ser usado para fortalecê-lo.A onda de choque e o microjato gerados pela cavitação ultrassônica podem não apenas aumentar muito o fluido supercrítico para dissolver algumas substâncias que levam à desativação do catalisador, desempenhar o papel de dessorção e limpeza e manter o catalisador ativo por um longo tempo, mas também desempenhar o papel de agitação, que pode dispersar o sistema de reação e aumentar a taxa de transferência de massa da reação química do fluido supercrítico para um nível mais alto.Além disso, a alta temperatura e a alta pressão no ponto local formado pela cavitação ultrassônica conduzirão ao craqueamento dos reagentes em radicais livres e acelerarão bastante a taxa de reação.Atualmente, existem muitos estudos sobre a reação química de fluidos supercríticos, mas poucos estudos sobre o aprimoramento dessa reação pelo campo ultrassônico.

5. aplicação de ultrassom de alta potência na produção de biodiesel

A chave para a preparação do biodiesel é a transesterificação catalítica do glicerídeo de ácidos graxos com metanol e outros álcoois de baixo carbono.O ultrassom pode obviamente fortalecer a reação de transesterificação, especialmente para sistemas de reação heterogêneos, pode aumentar significativamente o efeito de mistura (emulsificação) e promover a reação de contato molecular indireto, de modo que a reação originalmente necessária para ser realizada sob condições de alta temperatura (alta pressão) pode ser concluído à temperatura ambiente (ou próximo à temperatura ambiente) e encurtar o tempo de reação.A onda ultrassônica não é usada apenas no processo de transesterificação, mas também na separação da mistura reacional.Pesquisadores da Universidade Estadual do Mississippi, nos Estados Unidos, utilizaram processamento ultrassônico na produção de biodiesel.O rendimento do biodiesel excedeu 99% em 5 minutos, enquanto o sistema de reator descontínuo convencional demorou mais de 1 hora.