जैव रसायन विज्ञान में अल्ट्रासाउंड का प्रारंभिक अनुप्रयोग कोशिका की दीवार को अल्ट्रासाउंड से तोड़ना होना चाहिए ताकि इसकी सामग्री को मुक्त किया जा सके। बाद के अध्ययनों से पता चला है कि कम तीव्रता वाला अल्ट्रासाउंड जैव रासायनिक प्रतिक्रिया प्रक्रिया को बढ़ावा दे सकता है। उदाहरण के लिए, तरल पोषक तत्व आधार के अल्ट्रासोनिक विकिरण से शैवाल कोशिकाओं की वृद्धि दर बढ़ सकती है, जिससे इन कोशिकाओं द्वारा उत्पादित प्रोटीन की मात्रा तीन गुना बढ़ जाती है।

कैविटेशन बबल पतन की ऊर्जा घनत्व की तुलना में, अल्ट्रासोनिक ध्वनि क्षेत्र की ऊर्जा घनत्व खरबों गुना बढ़ गई है, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा की एक बड़ी सांद्रता होती है; कैविटेशन बुलबुले द्वारा उत्पादित उच्च तापमान और दबाव के कारण सोनोकेमिकल घटनाएं और सोनोल्यूमिनेसेंस सोनोकेमिस्ट्री में ऊर्जा और सामग्री विनिमय के अद्वितीय रूप हैं। इसलिए, अल्ट्रासाउंड रासायनिक निष्कर्षण, बायोडीजल उत्पादन, कार्बनिक संश्लेषण, माइक्रोबियल उपचार, विषाक्त कार्बनिक प्रदूषकों के क्षरण, रासायनिक प्रतिक्रिया की गति और उपज, उत्प्रेरक की उत्प्रेरक दक्षता, बायोडिग्रेडेशन उपचार, अल्ट्रासोनिक स्केल की रोकथाम और निष्कासन, जैविक कोशिका क्रशिंग, फैलाव और समूहन, और सोनोकेमिकल प्रतिक्रिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

1. अल्ट्रासोनिक संवर्धित रासायनिक प्रतिक्रिया.

अल्ट्रासाउंड द्वारा रासायनिक अभिक्रिया को बढ़ाया जाता है। मुख्य प्रेरक शक्ति अल्ट्रासोनिक कैविटेशन है। कैविटेटिंग बबल कोर के ढहने से स्थानीय उच्च तापमान, उच्च दबाव और मजबूत प्रभाव और माइक्रो जेट उत्पन्न होता है, जो रासायनिक अभिक्रियाओं के लिए एक नया और बहुत ही विशेष भौतिक और रासायनिक वातावरण प्रदान करता है जो सामान्य परिस्थितियों में प्राप्त करना मुश्किल या असंभव है।

2. अल्ट्रासोनिक उत्प्रेरक प्रतिक्रिया.

एक नए शोध क्षेत्र के रूप में, अल्ट्रासोनिक उत्प्रेरक प्रतिक्रिया ने अधिक से अधिक रुचि आकर्षित की है। उत्प्रेरक प्रतिक्रिया पर अल्ट्रासाउंड के मुख्य प्रभाव हैं:

(1) उच्च तापमान और उच्च दबाव मुक्त कणों और द्विसंयोजी कार्बन में अभिकारकों के टूटने के लिए अनुकूल होते हैं, जिससे अधिक सक्रिय प्रतिक्रिया प्रजातियाँ बनती हैं;

(2) शॉक वेव और माइक्रो जेट में ठोस सतह (जैसे उत्प्रेरक) पर विशोषण और सफाई प्रभाव होता है, जो सतह प्रतिक्रिया उत्पादों या मध्यवर्ती और उत्प्रेरक सतह निष्क्रियता परत को हटा सकता है;

(3) शॉक वेव अभिकारक संरचना को नष्ट कर सकती है

(4) परिक्षेपित अभिकारक प्रणाली;

(5) अल्ट्रासोनिक कैविटेशन धातु की सतह को नष्ट कर देता है, और शॉक वेव धातु की जाली के विरूपण और आंतरिक तनाव क्षेत्र के गठन की ओर जाता है, जो धातु की रासायनिक प्रतिक्रिया गतिविधि में सुधार करता है;

6) तथाकथित समावेशन प्रतिक्रिया उत्पन्न करने के लिए विलायक को ठोस में प्रवेश करने के लिए प्रोत्साहित करना;

(7) उत्प्रेरक के फैलाव को बेहतर बनाने के लिए, उत्प्रेरक की तैयारी में अक्सर अल्ट्रासोनिक का उपयोग किया जाता है। अल्ट्रासोनिक विकिरण उत्प्रेरक के सतह क्षेत्र को बढ़ा सकता है, सक्रिय घटकों को अधिक समान रूप से फैला सकता है और उत्प्रेरक गतिविधि को बढ़ा सकता है।

3. अल्ट्रासोनिक बहुलक रसायन विज्ञान

अल्ट्रासोनिक सकारात्मक बहुलक रसायन विज्ञान के अनुप्रयोग ने व्यापक ध्यान आकर्षित किया है। अल्ट्रासोनिक उपचार मैक्रोमोलेक्यूल्स, विशेष रूप से उच्च आणविक भार पॉलिमर को खराब कर सकता है। सेल्यूलोज, जिलेटिन, रबर और प्रोटीन को अल्ट्रासोनिक उपचार द्वारा खराब किया जा सकता है। वर्तमान में, यह आम तौर पर माना जाता है कि अल्ट्रासोनिक गिरावट तंत्र बल के प्रभाव और कैविटेशन बुलबुला फटने पर उच्च दबाव के कारण होता है, और गिरावट का दूसरा हिस्सा गर्मी के प्रभाव के कारण हो सकता है। कुछ शर्तों के तहत, पावर अल्ट्रासाउंड भी पोलीमराइजेशन शुरू कर सकता है। मजबूत अल्ट्रासाउंड विकिरण ब्लॉक कॉपोलिमर तैयार करने के लिए पॉलीविनाइल अल्कोहल और एक्रिलोनिट्राइल के कॉपोलिमराइजेशन को शुरू कर सकता है, और ग्राफ्ट कॉपोलिमर बनाने के लिए पॉलीविनाइल एसीटेट और पॉलीइथाइलीन ऑक्साइड के कॉपोलिमराइजेशन को शुरू कर सकता है।

4. अल्ट्रासोनिक क्षेत्र द्वारा उन्नत नई रासायनिक प्रतिक्रिया प्रौद्योगिकी

नई रासायनिक प्रतिक्रिया प्रौद्योगिकी और अल्ट्रासोनिक क्षेत्र वृद्धि का संयोजन अल्ट्रासोनिक रसायन विज्ञान के क्षेत्र में एक और संभावित विकास दिशा है। उदाहरण के लिए, सुपरक्रिटिकल द्रव का उपयोग माध्यम के रूप में किया जाता है, और अल्ट्रासोनिक क्षेत्र का उपयोग उत्प्रेरक प्रतिक्रिया को मजबूत करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, सुपरक्रिटिकल द्रव का घनत्व तरल के समान होता है और चिपचिपाहट और प्रसार गुणांक गैस के समान होता है, जो इसके विघटन को तरल के बराबर और इसकी द्रव्यमान स्थानांतरण क्षमता को गैस के बराबर बनाता है। सुपरक्रिटिकल द्रव की अच्छी घुलनशीलता और प्रसार गुणों का उपयोग करके विषम उत्प्रेरक की निष्क्रियता में सुधार किया जा सकता है, लेकिन अगर इसे मजबूत करने के लिए अल्ट्रासोनिक क्षेत्र का उपयोग किया जा सकता है तो यह निस्संदेह सोने पर सुहागा है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन द्वारा उत्पन्न शॉक वेव और माइक्रो जेट न केवल सुपरक्रिटिकल द्रव को कुछ पदार्थों को घोलने के लिए बहुत बढ़ा सकते हैं जो उत्प्रेरक निष्क्रियता का कारण बनते हैं, विशोषण और सफाई की भूमिका निभाते हैं, और उत्प्रेरक को लंबे समय तक सक्रिय रखते हैं, बल्कि सरगर्मी की भूमिका भी निभाते हैं, जो प्रतिक्रिया प्रणाली को फैला सकता है, और सुपरक्रिटिकल द्रव रासायनिक प्रतिक्रिया के द्रव्यमान हस्तांतरण दर को उच्च स्तर पर बना सकता है। इसके अलावा, अल्ट्रासोनिक कैविटेशन द्वारा गठित स्थानीय बिंदु पर उच्च तापमान और उच्च दबाव अभिकारकों को मुक्त कणों में तोड़ने के लिए अनुकूल होगा और प्रतिक्रिया दर को बहुत तेज करेगा। वर्तमान में, सुपरक्रिटिकल द्रव की रासायनिक प्रतिक्रिया पर कई अध्ययन हैं, लेकिन अल्ट्रासोनिक क्षेत्र द्वारा ऐसी प्रतिक्रिया को बढ़ाने पर कुछ अध्ययन हैं।

5. बायोडीजल उत्पादन में उच्च शक्ति अल्ट्रासोनिक का अनुप्रयोग

बायोडीजल की तैयारी की कुंजी मेथनॉल और अन्य कम कार्बन अल्कोहल के साथ फैटी एसिड ग्लिसराइड का उत्प्रेरक ट्रांसएस्टरीफिकेशन है। अल्ट्रासाउंड स्पष्ट रूप से ट्रांसएस्टरीफिकेशन प्रतिक्रिया को मजबूत कर सकता है, विशेष रूप से विषम प्रतिक्रिया प्रणालियों के लिए, यह मिश्रण (पायसीकरण) प्रभाव को काफी बढ़ा सकता है और अप्रत्यक्ष आणविक संपर्क प्रतिक्रिया को बढ़ावा दे सकता है, ताकि मूल रूप से उच्च तापमान (उच्च दबाव) की स्थिति में की जाने वाली प्रतिक्रिया कमरे के तापमान (या कमरे के तापमान के करीब) पर पूरी हो सके, और प्रतिक्रिया समय को छोटा कर सके। अल्ट्रासोनिक तरंग का उपयोग न केवल ट्रांसएस्टरीफिकेशन प्रक्रिया में किया जाता है, बल्कि प्रतिक्रिया मिश्रण के पृथक्करण में भी किया जाता है। संयुक्त राज्य अमेरिका में मिसिसिपी स्टेट यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने बायोडीजल के उत्पादन में अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण का उपयोग किया। बायोडीजल की उपज 5 मिनट के भीतर 99% से अधिक हो गई, जबकि पारंपरिक बैच रिएक्टर प्रणाली को 1 घंटे से अधिक समय लगा।