يجب أن يكون التطبيق المبكر للموجات فوق الصوتية في الكيمياء الحيوية هو تحطيم جدار الخلية بالموجات فوق الصوتية لتحرير محتوياته.وقد أظهرت الدراسات اللاحقة أن الموجات فوق الصوتية منخفضة الكثافة يمكن أن تعزز عملية التفاعل الكيميائي الحيوي.على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي التشعيع بالموجات فوق الصوتية لقاعدة المغذيات السائلة إلى زيادة معدل نمو خلايا الطحالب، وبالتالي زيادة كمية البروتين التي تنتجها هذه الخلايا بمقدار ثلاث مرات.

بالمقارنة مع كثافة الطاقة الناتجة عن انهيار فقاعة التجويف، تم توسيع كثافة الطاقة لمجال الصوت بالموجات فوق الصوتية بتريليونات المرات، مما أدى إلى تركيز كبير للطاقة؛تعد الظواهر الكيميائية الصوتية والتألق الصوتي الناجم عن ارتفاع درجة الحرارة والضغط الناتج عن فقاعات التجويف أشكالًا فريدة من الطاقة وتبادل المواد في الكيمياء الصوتية.لذلك، تلعب الموجات فوق الصوتية دورًا متزايد الأهمية في الاستخلاص الكيميائي، وإنتاج وقود الديزل الحيوي، والتوليف العضوي، والمعالجة الميكروبية، وتحلل الملوثات العضوية السامة، وسرعة التفاعل الكيميائي وإنتاجه، والكفاءة التحفيزية للمحفز، ومعالجة التحلل الحيوي، ومنع وإزالة النطاق بالموجات فوق الصوتية، وسحق الخلايا البيولوجية. والتشتت والتكتل، والتفاعل الكيميائي الصوتي.

1. التفاعل الكيميائي المعزز بالموجات فوق الصوتية.

التفاعل الكيميائي المعزز بالموجات فوق الصوتية.القوة الدافعة الرئيسية هي التجويف بالموجات فوق الصوتية.ينتج عن انهيار قلب الفقاعة التجويف درجة حرارة محلية عالية وضغط مرتفع وتأثير قوي ونفث صغير، مما يوفر بيئة فيزيائية وكيميائية جديدة وخاصة جدًا للتفاعلات الكيميائية التي يصعب أو يستحيل تحقيقها في ظل الظروف العادية.

2. التفاعل الحفاز بالموجات فوق الصوتية.

كمجال بحث جديد، اجتذب التفاعل التحفيزي بالموجات فوق الصوتية المزيد والمزيد من الاهتمام.التأثيرات الرئيسية للموجات فوق الصوتية على التفاعل الحفاز هي:

(1) تساعد درجات الحرارة المرتفعة والضغط العالي على تكسير المواد المتفاعلة إلى جذور حرة وكربون ثنائي التكافؤ، مما يشكل أنواع تفاعل أكثر نشاطًا؛

(2) موجة الصدمة والنفث الصغير لهما تأثيرات الامتزاز والتنظيف على السطح الصلب (مثل المحفز)، والتي يمكنها إزالة منتجات التفاعل السطحي أو المواد الوسيطة وطبقة تخميل سطح المحفز؛

(3) قد تؤدي موجة الصدمة إلى تدمير البنية المتفاعلة

(4) نظام المواد المتفاعلة المشتتة؛

(5) يؤدي التجويف بالموجات فوق الصوتية إلى تآكل السطح المعدني، وتؤدي موجة الصدمة إلى تشوه الشبكة المعدنية وتشكيل منطقة الضغط الداخلية، مما يحسن نشاط التفاعل الكيميائي للمعدن؛

6) تعزيز المذيب لاختراق المادة الصلبة لإنتاج ما يسمى بتفاعل التضمين؛

(7) لتحسين تشتت المحفز، غالبًا ما يتم استخدام الموجات فوق الصوتية في تحضير المحفز.يمكن أن يؤدي التشعيع بالموجات فوق الصوتية إلى زيادة مساحة سطح المحفز، مما يجعل المكونات النشطة تتشتت بشكل أكثر توازناً وتعزز النشاط الحفاز.

3. كيمياء البوليمر بالموجات فوق الصوتية

لقد اجتذب تطبيق كيمياء البوليمر الإيجابية بالموجات فوق الصوتية اهتمامًا واسع النطاق.العلاج بالموجات فوق الصوتية يمكن أن يتحلل الجزيئات الكبيرة، وخاصة البوليمرات ذات الوزن الجزيئي العالي.يمكن أن يتحلل السليلوز والجيلاتين والمطاط والبروتين عن طريق العلاج بالموجات فوق الصوتية.في الوقت الحاضر، يعتقد عموما أن آلية التحلل بالموجات فوق الصوتية ترجع إلى تأثير القوة والضغط العالي عندما تنفجر فقاعة التجويف، والجزء الآخر من التدهور قد يكون بسبب تأثير الحرارة.في ظل ظروف معينة، يمكن للموجات فوق الصوتية أيضًا بدء البلمرة.يمكن أن يؤدي التشعيع بالموجات فوق الصوتية القوية إلى بدء البلمرة المشتركة لكحول البولي فينيل والأكريلونيتريل لتحضير البوليمرات المشتركة الكتلية، والبلمرة المشتركة لأسيتات البولي فينيل وأكسيد البولي إيثيلين لتشكيل بوليمرات مشتركة مطعومة.

4. تكنولوجيا التفاعل الكيميائي الجديدة معززة بمجال الموجات فوق الصوتية

يعد الجمع بين تكنولوجيا التفاعل الكيميائي الجديدة وتعزيز المجال بالموجات فوق الصوتية اتجاهًا آخر محتملًا للتنمية في مجال كيمياء الموجات فوق الصوتية.على سبيل المثال، يتم استخدام السائل فوق الحرج كوسيط، ويتم استخدام مجال الموجات فوق الصوتية لتعزيز التفاعل الحفاز.على سبيل المثال، يتمتع السائل فوق الحرج بكثافة مماثلة للسائل ومعامل اللزوجة والانتشار مماثل للغاز، مما يجعل ذوبانه مكافئًا للسائل وقدرته على نقل الكتلة مكافئة للغاز.يمكن تحسين إبطال مفعول المحفز غير المتجانس باستخدام خصائص الذوبان والانتشار الجيدة للسائل فوق الحرج، ولكنه بلا شك بمثابة تتويج للعملية إذا أمكن استخدام مجال الموجات فوق الصوتية لتقويته.لا يمكن لموجة الصدمة والنفاثات الصغيرة الناتجة عن التجويف بالموجات فوق الصوتية أن تعزز بشكل كبير السائل فوق الحرج لإذابة بعض المواد التي تؤدي إلى تعطيل المحفز، وتلعب دور الامتزاز والتنظيف، وتحافظ على المحفز نشطًا لفترة طويلة، ولكنها تلعب أيضًا دور دور التحريك، الذي يمكن أن يشتت نظام التفاعل، ويجعل معدل نقل الكتلة للتفاعل الكيميائي للسوائل فوق الحرجة إلى مستوى أعلى.بالإضافة إلى ذلك، فإن ارتفاع درجة الحرارة والضغط العالي عند النقطة المحلية المتكونة بواسطة التجويف بالموجات فوق الصوتية سوف يفضي إلى تكسير المواد المتفاعلة إلى جذور حرة وتسريع معدل التفاعل بشكل كبير.في الوقت الحاضر، هناك العديد من الدراسات حول التفاعل الكيميائي للسائل فوق الحرج، ولكن القليل من الدراسات حول تعزيز هذا التفاعل بواسطة مجال الموجات فوق الصوتية.

5. تطبيق الموجات فوق الصوتية عالية الطاقة في إنتاج وقود الديزل الحيوي

إن مفتاح تحضير وقود الديزل الحيوي هو عملية الأسترة الحفزية لجلسريد الأحماض الدهنية مع الميثانول والكحوليات الأخرى منخفضة الكربون.من الواضح أن الموجات فوق الصوتية يمكن أن تقوي تفاعل الأسترة، خاصة بالنسبة لأنظمة التفاعل غير المتجانسة، ويمكن أن تعزز بشكل كبير تأثير الخلط (الاستحلاب) وتعزز تفاعل الاتصال الجزيئي غير المباشر، بحيث يتم تنفيذ التفاعل المطلوب في الأصل تحت ظروف درجة الحرارة العالية (الضغط العالي) يمكن إكماله في درجة حرارة الغرفة (أو قريبة من درجة حرارة الغرفة)، وتقصير وقت التفاعل.لا يتم استخدام الموجات فوق الصوتية فقط في عملية الأسترة التبادلية، ولكن أيضًا في فصل خليط التفاعل.استخدم باحثون من جامعة ولاية ميسيسيبي في الولايات المتحدة المعالجة بالموجات فوق الصوتية في إنتاج وقود الديزل الحيوي.وتجاوز إنتاج وقود الديزل الحيوي 99% خلال 5 دقائق، في حين استغرق نظام المفاعل الدفعي التقليدي أكثر من ساعة واحدة.