Aplikasi awal ultrasonik dalam biokimia adalah menghancurkan dinding sel dengan ultrasonik untuk melepaskan isinya. Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa ultrasonik intensitas rendah dapat mempercepat proses reaksi biokimia. Misalnya, penyinaran ultrasonik pada nutrisi cair dapat meningkatkan laju pertumbuhan sel alga, sehingga meningkatkan jumlah protein yang diproduksi oleh sel-sel ini hingga tiga kali lipat.

Dibandingkan dengan kepadatan energi dari keruntuhan gelembung kavitasi, kepadatan energi dari medan suara ultrasonik telah diperbesar hingga triliunan kali, yang menghasilkan konsentrasi energi yang sangat besar; Fenomena sonokimia dan sonoluminesensi yang disebabkan oleh suhu dan tekanan tinggi yang dihasilkan oleh gelembung kavitasi merupakan bentuk unik dari pertukaran energi dan material dalam sonokimia. Oleh karena itu, ultrasonik memainkan peran yang semakin penting dalam ekstraksi kimia, produksi biodiesel, sintesis organik, perawatan mikroba, degradasi polutan organik beracun, kecepatan dan hasil reaksi kimia, efisiensi katalitik katalis, perawatan biodegradasi, pencegahan dan penghilangan kerak ultrasonik, penghancuran sel biologis, dispersi dan penggumpalan, dan reaksi sonokimia.

1. Reaksi kimia yang ditingkatkan ultrasonik.

Reaksi kimia yang ditingkatkan dengan ultrasonik. Tenaga pendorong utamanya adalah kavitasi ultrasonik. Keruntuhan inti gelembung kavitasi menghasilkan suhu tinggi, tekanan tinggi, dan benturan kuat serta semburan mikro, yang menyediakan lingkungan fisik dan kimia baru dan sangat khusus untuk reaksi kimia yang sulit atau tidak mungkin dicapai dalam kondisi normal.

2. Reaksi katalitik ultrasonik.

Sebagai bidang penelitian baru, reaksi katalitik ultrasonik semakin menarik perhatian. Efek utama ultrasonik pada reaksi katalitik adalah:

(1) Suhu tinggi dan tekanan tinggi mendorong pemecahan reaktan menjadi radikal bebas dan karbon divalen, membentuk spesies reaksi yang lebih aktif;

(2) Gelombang kejut dan jet mikro memiliki efek desorpsi dan pembersihan pada permukaan padat (seperti katalis), yang dapat menghilangkan produk reaksi permukaan atau zat antara dan lapisan pasivasi permukaan katalis;

(3) Gelombang kejut dapat merusak struktur reaktan

(4) Sistem reaktan terdispersi;

(5) Kavitasi ultrasonik mengikis permukaan logam, dan gelombang kejut menyebabkan deformasi kisi logam dan pembentukan zona regangan internal, yang meningkatkan aktivitas reaksi kimia logam;

6) Mempromosikan pelarut untuk menembus ke dalam padatan untuk menghasilkan apa yang disebut reaksi inklusi;

(7) Untuk meningkatkan dispersi katalis, ultrasonik sering digunakan dalam pembuatan katalis. Iradiasi ultrasonik dapat meningkatkan luas permukaan katalis, membuat komponen aktif terdispersi lebih merata dan meningkatkan aktivitas katalitik.

3. Kimia polimer ultrasonik

Penerapan kimia polimer positif ultrasonik telah menarik perhatian yang luas. Perlakuan ultrasonik dapat mendegradasi makromolekul, terutama polimer dengan berat molekul tinggi. Selulosa, gelatin, karet, dan protein dapat didegradasi dengan perlakuan ultrasonik. Saat ini, secara umum diyakini bahwa mekanisme degradasi ultrasonik disebabkan oleh gaya dan tekanan tinggi saat gelembung kavitasi pecah, dan bagian lain dari degradasi mungkin disebabkan oleh panas. Dalam kondisi tertentu, ultrasonik daya juga dapat memulai polimerisasi. Iradiasi ultrasonik yang kuat dapat memulai kopolimerisasi polivinil alkohol dan akrilonitril untuk menyiapkan kopolimer blok, dan kopolimerisasi polivinil asetat dan polietilen oksida untuk membentuk kopolimer cangkok.

4. Teknologi reaksi kimia baru yang disempurnakan oleh medan ultrasonik

Kombinasi teknologi reaksi kimia baru dan peningkatan medan ultrasonik merupakan arah pengembangan potensial lainnya di bidang kimia ultrasonik. Misalnya, fluida superkritis digunakan sebagai media, dan medan ultrasonik digunakan untuk memperkuat reaksi katalitik. Misalnya, fluida superkritis memiliki densitas yang mirip dengan cairan dan viskositas serta koefisien difusi yang mirip dengan gas, yang membuat pelarutannya setara dengan cairan dan kapasitas perpindahan massanya setara dengan gas. Penonaktifan katalis heterogen dapat ditingkatkan dengan menggunakan sifat kelarutan dan difusi yang baik dari fluida superkritis, tetapi tidak diragukan lagi merupakan lapisan gula pada kue jika medan ultrasonik dapat digunakan untuk memperkuatnya. Gelombang kejut dan jet mikro yang dihasilkan oleh kavitasi ultrasonik tidak hanya dapat meningkatkan fluida superkritis untuk melarutkan beberapa zat yang menyebabkan penonaktifan katalis, memainkan peran desorpsi dan pembersihan, dan menjaga katalis tetap aktif untuk waktu yang lama, tetapi juga memainkan peran pengadukan, yang dapat menyebarkan sistem reaksi, dan membuat laju perpindahan massa reaksi kimia fluida superkritis ke tingkat yang lebih tinggi. Selain itu, suhu tinggi dan tekanan tinggi pada titik lokal yang dibentuk oleh kavitasi ultrasonik akan mendukung pemecahan reaktan menjadi radikal bebas dan sangat mempercepat laju reaksi. Saat ini, ada banyak penelitian tentang reaksi kimia fluida superkritis, tetapi sedikit penelitian tentang peningkatan reaksi tersebut oleh medan ultrasonik.

5. Aplikasi ultrasonik daya tinggi dalam produksi biodiesel

Kunci untuk persiapan biodiesel adalah transesterifikasi katalitik gliserida asam lemak dengan metanol dan alkohol rendah karbon lainnya. Ultrasonografi jelas dapat memperkuat reaksi transesterifikasi, terutama untuk sistem reaksi heterogen, ia dapat secara signifikan meningkatkan efek pencampuran (emulsifikasi) dan mempromosikan reaksi kontak molekuler tidak langsung, sehingga reaksi yang awalnya diperlukan untuk dilakukan di bawah kondisi suhu tinggi (tekanan tinggi) dapat diselesaikan pada suhu kamar (atau mendekati suhu kamar), Dan mempersingkat waktu reaksi. Gelombang ultrasonik tidak hanya digunakan dalam proses transesterifikasi, tetapi juga dalam pemisahan campuran reaksi. Para peneliti dari Mississippi State University di Amerika Serikat menggunakan pemrosesan ultrasonik dalam produksi biodiesel. Hasil biodiesel melebihi 99% dalam waktu 5 menit, sedangkan sistem reaktor batch konvensional membutuhkan waktu lebih dari 1 jam.