生化学における超音波の初期の応用は、超音波で細胞壁を破壊してその内容物を放出することであるはずです。その後の研究では、低強度の超音波が生化学反応プロセスを促進する可能性があることが示されました。たとえば、液体栄養塩基に超音波を照射すると、藻類細胞の増殖速度が向上し、これらの細胞によって生成されるタンパク質の量が 3 倍に増加します。

キャビテーション気泡崩壊のエネルギー密度と比較して、超音波音場のエネルギー密度は数兆倍に拡大され、その結果、膨大なエネルギーが集中します。キャビテーション気泡によって生成される高温と圧力によって引き起こされる音響化学現象と音響ルミネセンスは、音響化学におけるエネルギーと物質の交換の独特の形式です。したがって、超音波は、化学抽出、バイオディーゼル生産、有機合成、微生物処理、有毒有機汚染物質の分解、化学反応速度と収率、触媒の触媒効率、生分解処理、超音波スケールの防止と除去、生物細胞の破砕においてますます重要な役割を果たしています。 、分散と凝集、音響化学反応。

1. 超音波による化学反応の強化。

超音波により化学反応が強化されます。主な駆動力は超音波キャビテーションです。キャビテーションを起こした気泡コアの崩壊により、局所的な高温、高圧、強い衝撃とマイクロジェットが発生し、通常の条件下では達成が困難または不可能な化学反応のための、新しく非常に特殊な物理的および化学的環境が提供されます。

2.超音波触媒反応。

超音波触媒反応は新たな研究分野としてますます注目を集めています。触媒反応に対する超音波の主な影響は次のとおりです。

(1) 高温高圧は、反応物のフリーラジカルと二価炭素への分解を促進し、より活性な反応種を形成します。

（２）衝撃波およびマイクロジェットは、固体表面（触媒など）に対して脱離および洗浄効果を有し、表面反応生成物または中間体および触媒表面不動態層を除去することができる。

(3) 衝撃波は反応物質の構造を破壊する可能性があります

(4) 分散した反応物質系。

(5) 超音波キャビテーションは金属表面を侵食し、衝撃波は金属格子の変形と内部ひずみゾーンの形成をもたらし、これにより金属の化学反応活性が向上します。

6) 溶媒の固体への浸透を促進し、いわゆる包接反応を引き起こします。

(7) 触媒の分散を改善するために、触媒の調製には超音波がよく使用されます。超音波照射により触媒の表面積が増加し、活性成分がより均一に分散され、触媒活性が向上します。

3. 超音波ポリマー化学

超音波ポジティブポリマー化学の応用は、広範囲の注目を集めています。超音波処理は、巨大分子、特に高分子量ポリマーを分解する可能性があります。セルロース、ゼラチン、ゴム、タンパク質は超音波処理により分解できます。現在のところ、超音波劣化のメカニズムはキャビテーション気泡が破裂するときの力と高圧の影響によるものであり、劣化の他の部分は熱の影響によるものである可能性があると一般に考えられている。特定の条件下では、パワー超音波によっても重合が開始される可能性があります。強力な超音波照射により、ポリビニル アルコールとアクリロニトリルの共重合が開始されてブロック コポリマーが生成され、ポリ酢酸ビニルとポリエチレン オキシドの共重合が開始されてグラフト コポリマーが形成されます。

4. 超音波場による新たな化学反応技術

新しい化学反応技術と超音波場強化の組み合わせは、超音波化学分野におけるもう 1 つの潜在的な発展方向です。たとえば、超臨界流体が媒体として使用され、超音波場が触媒反応を強化するために使用されます。例えば、超臨界流体は、液体と同様の密度、気体と同様の粘度および拡散係数を有するため、その溶解力は液体と同等となり、物質移動能力は気体と同等となります。不均一系触媒の失活は、超臨界流体の優れた溶解性と拡散特性を利用することで改善できますが、それを強化するために超音波場を使用できるのであれば、それは間違いなく完璧な解決策です。超音波キャビテーションによって発生する衝撃波とマイクロジェットは、超臨界流体を大幅に強化して触媒の失活につながる一部の物質を溶解し、脱離と洗浄の役割を果たし、触媒の活性を長期間維持するだけでなく、撹拌の役割を果たし、反応系を分散させ、超臨界流体化学反応の物質移動速度をより高いレベルに高めることができます。さらに、超音波キャビテーションによって形成される局所点の高温高圧は、反応物のフリーラジカルへの分解を促進し、反応速度を大幅に加速します。現在、超臨界流体の化学反応に関する研究は数多く行われているが、超音波場による化学反応の促進に関する研究はほとんどない。

5. バイオディーゼル生産における高出力超音波の応用

バイオディーゼル調製の鍵は、脂肪酸グリセリドとメタノールおよび他の低炭素アルコールとの接触エステル交換反応です。超音波は明らかにエステル交換反応を強化することができ、特に不均一反応系の場合、混合（乳化）効果を大幅に高め、間接的な分子接触反応を促進することができるため、本来高温（高圧）条件下で行う必要がある反応が可能になります。室温（または室温付近）で反応が完了し、反応時間が短縮されます。超音波はエステル交換反応だけでなく、反応混合物の分離にも使用されます。米国のミシシッピ州立大学の研究者は、バイオディーゼルの生産に超音波処理を使用しました。従来のバッチ反応器システムでは 1 時間以上かかったのに対し、バイオディーゼルの収率は 5 分以内に 99% を超えました。