Раннім прымяненнем ультрагуку ў біяхіміі павінна было быць разбурэнне клеткавай сценкі ультрагукам для вызвалення яе змесціва. Пазнейшыя даследаванні паказалі, што нізкаінтэнсіўны ультрагук можа спрыяць працэсу біяхімічнай рэакцыі. Напрыклад, ультрагукавое апраменьванне вадкай пажыўнай асновы можа павялічыць хуткасць росту клетак водарасцяў, тым самым павялічваючы колькасць бялку, які выпрацоўваецца гэтымі клеткамі, у тры разы.
У параўнанні са шчыльнасцю энергіі калапсу кавітацыйных бурбалак, шчыльнасць энергіі ультрагукавога гукавога поля павялічылася ў трыльёны разоў, што прывяло да велізарнай канцэнтрацыі энергіі; Санахімічныя з'явы і саналюмінесцэнцыя, выкліканыя высокай тэмпературай і ціскам, якія ствараюцца кавітацыйнымі бурбалкамі, з'яўляюцца унікальнымі формамі абмену энергіяй і матэрыяламі ў санахіміі. Такім чынам, ультрагук адыгрывае ўсё больш важную ролю ў хімічнай экстракцыі, вытворчасці біядызельнага паліва, арганічным сінтэзе, мікробнай апрацоўцы, дэградацыі таксічных арганічных забруджвальнікаў, хуткасці і выхадзе хімічных рэакцый, каталітычнай эфектыўнасці каталізатара, біядэградацыі, прадухіленні і выдаленні ультрагукавога накіпу, драбненні, дысперсіі і агламерацыі біялагічных клетак, а таксама санахімічнай рэакцыі.
1. ультрагукавая ўзмоцненая хімічная рэакцыя.
Хімічная рэакцыя, узмоцненая ультрагукам. Асноўнай рухаючай сілай з'яўляецца ультрагукавая кавітацыя. Разбурэнне ядра кавітацыйнай бурбалкі стварае лакальную высокую тэмпературу, высокі ціск, моцны ўдар і мікраструмень, што стварае новае і вельмі спецыяльнае фізічнае і хімічнае асяроддзе для хімічных рэакцый, якія цяжка або немагчыма ажыццявіць у звычайных умовах.
2. Ультрагукавая каталітычная рэакцыя.
Ультрагукавая каталітычная рэакцыя, як новая галіна даследаванняў, прыцягвае ўсё большую цікавасць. Асноўнымі эфектамі ультрагуку на каталітычную рэакцыю з'яўляюцца:
(1) Высокая тэмпература і высокі ціск спрыяюць расшчапленню рэагентаў на свабодныя радыкалы і двухвалентны вуглярод, што прыводзіць да ўтварэння больш актыўных рэакцыйных часціц;
(2) Ударная хваля і мікраструмень аказваюць дэсорбцыйны і ачышчальны эфект на цвёрдую паверхню (напрыклад, каталізатар), што дазваляе выдаліць прадукты рэакцыі або прамежкавыя прадукты і пасівацыйны пласт паверхні каталізатара.
(3) Ударная хваля можа разбурыць структуру рэагента
(4) Дысперсная сістэма рэагентаў;
(5) Ультрагукавая кавітацыя раз'ядае паверхню металу, а ўдарная хваля прыводзіць да дэфармацыі металічнай рашоткі і ўтварэння зоны ўнутранага напружання, што паляпшае хімічную рэакцыйную актыўнасць металу;
6) Спрыяць пранікненню растваральніка ў цвёрдае цела для выклікання так званай рэакцыі ўключэння;
(7) Для паляпшэння дысперсіі каталізатара пры яго падрыхтоўцы часта выкарыстоўваецца ультрагук. Ультрагукавое апраменьванне можа павялічыць плошчу паверхні каталізатара, зрабіць актыўныя кампаненты больш раўнамернымі і павысіць каталітычную актыўнасць.
3. Ультрагукавая хімія палімераў
Ужыванне ультрагукавой станоўчай хіміі палімераў прыцягнула шырокую ўвагу. Ультрагукавая апрацоўка можа дэградаваць макрамалекулы, асабліва палімеры з высокай малекулярнай масай. Цэлюлоза, жэлацін, каўчук і бялок могуць быць дэградаваны ультрагукавой апрацоўкай. У цяперашні час лічыцца, што механізм ультрагукавой дэградацыі абумоўлены ўздзеяннем сілы і высокага ціску, калі лопаецца кавітацыйная бурбалка, а іншая частка дэградацыі можа быць абумоўлена ўздзеяннем цяпла. Пры пэўных умовах магутны ультрагук таксама можа ініцыяваць палімерызацыю. Моцнае ультрагукавое апраменьванне можа ініцыяваць сапалімерызацыю полівінілавага спірту і акрыланітрылу для атрымання блок-сапалімераў, а таксама сапалімерызацыю полівінілацэтату і поліэтыленаксіду для ўтварэння прышчэпленых сапалімераў.
4. Новая тэхналогія хімічных рэакцый, узмоцненая ультрагукавым полем
Спалучэнне новых тэхналогій хімічных рэакцый і ўзмацнення ультрагукавога поля — яшчэ адзін патэнцыйны кірунак развіцця ў галіне ультрагукавой хіміі. Напрыклад, звышкрытычная вадкасць выкарыстоўваецца ў якасці асяроддзя, а ультрагукавое поле выкарыстоўваецца для ўзмацнення каталітычнай рэакцыі. Напрыклад, звышкрытычная вадкасць мае шчыльнасць, падобную да вадкасці, а глейкасць і каэфіцыент дыфузіі, падобныя да газу, што робіць яе растварэнне эквівалентным вадкасці, а яе масапераноснасць — эквівалентнай газу. Дэактывацыю гетэрагеннага каталізатара можна палепшыць, выкарыстоўваючы добрыя ўласцівасці растваральнасці і дыфузіі звышкрытычнай вадкасці, але, несумненна, гэта будзе вішанькай на торце, калі ультрагукавае поле можна выкарыстоўваць для яго ўзмацнення. Ударная хваля і мікраструмень, якія ствараюцца ультрагукавой кавітацыяй, могуць не толькі значна палепшыць растварэнне некаторых рэчываў у звышкрытычнай вадкасці, што прыводзіць да дэактывацыі каталізатара, выконваць ролю дэсорбцыі і ачысткі, і падтрымліваць актыўны каталізатар на працягу доўгага часу, але і выконваць ролю перамешвання, што можа дысперсаваць рэакцыйную сістэму і павышаць хуткасць масапераносу хімічнай рэакцыі ў звышкрытычнай вадкасці. Акрамя таго, высокая тэмпература і высокі ціск у лакальнай кропцы, утворанай ультрагукавой кавітацыяй, будуць спрыяць расшчапленню рэагентаў на свабодныя радыкалы і значна паскараць хуткасць рэакцыі. У цяперашні час існуе шмат даследаванняў хімічнай рэакцыі звышкрытычнай вадкасці, але мала даследаванняў па ўзмацненні такой рэакцыі ультрагукавым полем.
5. прымяненне магутных ультрагуковых тэхналогій у вытворчасці біядызельнага паліва
Ключом да атрымання біядызельнага паліва з'яўляецца каталітычная пераэстэрыфікацыя гліцэрыдаў тоўстых кіслот з метанолам і іншымі нізкавугляроднымі спіртамі. Ультрагукавое ўздзеянне, відавочна, можа ўзмацніць рэакцыю пераэстэрыфікацыі, асабліва ў гетэрагенных рэакцыйных сістэмах, бо яно можа значна палепшыць эфект змешвання (эмульгацыі) і спрыяць рэакцыі ўскоснага малекулярнага кантакту, так што рэакцыя, якая першапачаткова павінна была праводзіцца ва ўмовах высокай тэмпературы (высокага ціску), можа быць завершана пры пакаёвай тэмпературы (або блізкай да пакаёвай тэмпературы) і скараціць час рэакцыі. Ультрагукавыя хвалі выкарыстоўваюцца не толькі ў працэсе пераэстэрыфікацыі, але і ў падзеле рэакцыйнай сумесі. Даследчыкі з Універсітэта штата Місісіпі ў ЗША выкарыстоўвалі ультрагукавую апрацоўку ў вытворчасці біядызельнага паліва. Выхад біядызельнага паліва перавысіў 99% на працягу 5 хвілін, у той час як звычайная сістэма рэактара перыядычнага дзеяння займала больш за 1 гадзіну.
Час публікацыі: 21 чэрвеня 2022 г.