Déi fréi Uwendung vun Ultraschall an der Biochemie sollt doran bestoen, d'Zellmauer mat Ultraschall ze zerstéieren, fir hiren Inhalt fräizesetzen. Spéider Studien hunn gewisen, datt Ultraschall mat gerénger Intensitéit de biochemesche Reaktiounsprozess fërderen kann. Zum Beispill kann d'Ultraschallbestrahlung vu flësseger Nährstoffbasis d'Wuestumsquote vun Algenzellen erhéijen, wouduerch d'Quantitéit u Protein, déi vun dëse Zellen produzéiert gëtt, ëm d'dräifalteg eropgeet.

Am Verglach mat der Energiedicht vum Zesummebroch vu Kavitatiounsblasen ass d'Energiedicht vum Ultraschallschallfeld ëm Billioune vun de Mol vergréissert ginn, wat zu enger enormer Energiekonzentratioun gefouert huet; Sonochemesch Phänomener a Sonolumineszenz, verursaacht duerch héich Temperatur an Drock, déi duerch Kavitatiounsblasen produzéiert ginn, sinn eenzegaarteg Forme vun Energie- an Materialaustausch an der Sonochemie. Dofir spillt Ultraschall eng ëmmer méi wichteg Roll bei der chemescher Extraktioun, der Biodieselproduktioun, der organescher Synthese, der mikrobieller Behandlung, dem Ofbau vu gëftege organesche Schadstoffer, der chemescher Reaktiounsgeschwindegkeet an -ausbezuch, der katalytescher Effizienz vum Katalysator, der Biodegradatiounsbehandlung, der Préventioun an der Entfernung vu Ultraschallskalaen, dem Zerbriechen, der Dispersioun an der Agglomeratioun vu biologesche Zellen, a bei der sonochemescher Reaktioun.

1. Ultraschall-verstäerkt chemesch Reaktioun.

Ultraschall-verstäerkt chemesch Reaktioun. Déi Haaptdreiwkraaft ass Ultraschallkavitatioun. Den Zesummebroch vum kavitéierende Blasenkär produzéiert lokal héich Temperaturen, héijen Drock a staarken Impakt a Mikrostralen, déi eng nei a ganz speziell physikalesch a chemesch Ëmwelt fir chemesch Reaktiounen schafen, déi ënner normalen Bedéngungen schwéier oder onméiglech z'erreechen sinn.

2. Ultraschall katalytesch Reaktioun.

Als neit Fuerschungsfeld huet d'Ultraschallkatalytesch Reaktioun ëmmer méi Interessi op sech gezunn. Déi wichtegst Auswierkunge vum Ultraschall op d'katalytesch Reaktioun sinn:

(1) Héich Temperatur an héijen Drock förderen d'Rëssbildung vu Reaktanten a fräi Radikale an zweiwertege Kuelestoff, wouduerch méi aktiv Reaktiounsarten entstinn;

(2) Schockwellen a Mikrojets hunn Desorptiouns- a Reinigungseffekter op fest Uewerflächen (wéi Katalysatoren), déi d'Uewerflächereaktiounsprodukter oder Zwëschenprodukter an d'Passivéierungsschicht vun der Katalysatoruewerfläch ewechhuele kënnen;

(3) Schockwelle kënnen d'Struktur vun de Reaktanten zerstéieren

(4) Dispergéiert Reaktantsystem;

(5) Ultraschallkavitatioun erodéiert d'Metalloberfläche, an d'Schockwell féiert zu der Deformatioun vum Metallgitter an der Bildung vun der interner Dehnungszon, wat d'chemesch Reaktiounsaktivitéit vum Metall verbessert;

6) Fërdert d'Penetratioun vum Léisungsmëttel an de Feststoff fir déi sougenannt Inklusiounsreaktioun ze produzéieren;

(7) Fir d'Dispersioun vum Katalysator ze verbesseren, gëtt Ultraschall dacks bei der Virbereedung vum Katalysator benotzt. Ultraschallbestrahlung kann d'Uewerfläch vum Katalysator erhéijen, d'aktiv Komponenten méi gläichméisseg verdeelen an d'katalytesch Aktivitéit verbesseren.

3. Ultraschallpolymerchemie

D'Uwendung vun der Ultraschall-positiver Polymerchemie huet vill Opmierksamkeet op sech gezunn. D'Ultraschallbehandlung kann Makromoleküle ofbauen, besonnesch Polymere mat héijem Molekulargewiicht. Cellulose, Gelatine, Gummi a Protein kënnen duerch Ultraschallbehandlung ofgebaut ginn. De Moment gëtt allgemeng ugeholl, datt de Mechanismus vun der Ultraschallofbauung op den Effekt vu Kraaft an dem héijen Drock zréckzeféieren ass, wann d'Kavitationsblos platzt, an den aneren Deel vun der Ofbauung op den Effekt vun Hëtzt zréckzeféieren ass. Ënner bestëmmte Konditioune kann och Kraaft-Ultraschall d'Polymerisatioun initiéieren. Staark Ultraschallbestrahlung kann d'Copolymerisatioun vu Polyvinylalkohol an Acrylnitril initiéieren, fir Blockcopolymere ze preparéieren, an d'Copolymerisatioun vu Polyvinylacetat a Polyethylenoxid, fir Graftcopolymere ze bilden.

4. Nei chemesch Reaktiounstechnologie, verbessert duerch Ultraschallfeld

D'Kombinatioun vun der neier Technologie fir chemesch Reaktiounen an der Verbesserung vum Ultraschallfeld ass eng aner potenziell Entwécklungsrichtung am Beräich vun der Ultraschallchemie. Zum Beispill gëtt déi superkritesch Flëssegkeet als Medium benotzt, an den Ultraschallfeld gëtt benotzt fir d'katalytesch Reaktioun ze stäerken. Zum Beispill huet eng superkritesch Flëssegkeet eng Dicht ähnlech wéi Flëssegkeet an eng Viskositéit an en Diffusiounskoeffizient ähnlech wéi Gas, wat hir Opléisung gläichwäerteg mat Flëssegkeet an hir Massentransferkapazitéit gläichwäerteg mat Gas mécht. D'Deaktivéierung vun heterogenen Katalysatoren kann duerch d'Benotzung vun de gudden Opléisungs- an Diffusiounseigenschaften vun der superkritescher Flëssegkeet verbessert ginn, awer et ass ouni Zweiwel d'Kiischt um Kuch, wann en Ultraschallfeld benotzt ka ginn fir se ze stäerken. D'Schockwell an de Mikrojet, déi duerch Ultraschallkavitatioun generéiert ginn, kënnen net nëmmen d'Opléisung vun e puer Substanzen, déi zu Katalysatordeaktivéierung féieren, staark verbesseren, d'Roll vun der Desorptioun an der Reinigung spillen an de Katalysator fir eng laang Zäit aktiv halen, mä och d'Roll vum Réieren spillen, wat de Reaktiounssystem dispergéiere kann an d'Massentransferquote vun der chemescher Reaktioun vun der superkritescher Flëssegkeet op en méi héijen Niveau bréngen. Zousätzlech wäerten déi héich Temperatur an den héije Drock um lokale Punkt, deen duerch Ultraschallkavitatioun entsteet, zur Rëssbildung vu Reaktanten a fräi Radikale bäidroen an d'Reaktiounsgeschwindegkeet staark beschleunegen. Am Moment gëtt et vill Studien iwwer d'chemesch Reaktioun vu superkritesche Flëssegkeeten, awer wéineg Studien iwwer d'Verbesserung vun esou enger Reaktioun duerch Ultraschallfeld.

5. Uwendung vun héichleeschtungsvollen Ultraschall an der Biodieselproduktioun

De Schlëssel zur Virbereedung vu Biodiesel ass d'katalytesch Transesterifikatioun vu Fettsäureglycerid mat Methanol an aneren Alkoholer mat nidderegem Kuelestoffgehalt. Ultraschall kann d'Transesterifikatiounsreaktioun natierlech stäerken, besonnesch fir heterogen Reaktiounssystemer. Et kann den Emulgatiouns- (Mësch-) Effekt däitlech verbesseren an déi indirekt molekular Kontaktreaktioun förderen, sou datt d'Reaktioun, déi ursprénglech ënner héijen Temperaturen (Héichdrock) duerchgefouert sollt ginn, bei Raumtemperatur (oder no bei Raumtemperatur) ofgeschloss ka ginn, an d'Reaktiounszäit verkierzt. Ultraschallwelle ginn net nëmmen am Transesterifikatiounsprozess benotzt, mä och bei der Trennung vum Reaktiounsmëschung. Fuerscher vun der Mississippi State University an den USA hunn d'Ultraschallveraarbechtung bei der Produktioun vu Biodiesel benotzt. D'Ausbezuelung vu Biodiesel huet bannent 5 Minutten iwwer 99% gedauert, während dat konventionellt Batchreaktorsystem méi wéi 1 Stonn gebraucht huet.