बायोकेमिस्ट्रीमध्ये अल्ट्रासाऊंडचा प्रारंभिक वापर म्हणजे पेशी भिंत फोडून त्यातील घटक बाहेर काढणे. त्यानंतरच्या अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की कमी-तीव्रतेचा अल्ट्रासाऊंड जैवरासायनिक अभिक्रिया प्रक्रियेला चालना देऊ शकतो. उदाहरणार्थ, द्रव पोषक तत्वांचे अल्ट्रासोनिक विकिरण शैवाल पेशींच्या वाढीचा दर वाढवू शकते, ज्यामुळे या पेशींद्वारे उत्पादित प्रथिनांचे प्रमाण तीन पटीने वाढते.

पोकळ्या निर्माण करणाऱ्या बुडबुड्या कोसळण्याच्या ऊर्जेच्या घनतेच्या तुलनेत, अल्ट्रासोनिक ध्वनी क्षेत्राची ऊर्जा घनता ट्रिलियन पटीने वाढली आहे, ज्यामुळे उर्जेचे प्रमाण प्रचंड प्रमाणात वाढले आहे; पोकळ्या निर्माण करणाऱ्या बुडबुड्यांमुळे निर्माण होणारे उच्च तापमान आणि दाबामुळे होणारे सोनोकेमिकल घटना आणि सोनोल्युमिनेसेन्स हे सोनोकेमिस्ट्रीमध्ये ऊर्जा आणि भौतिक देवाणघेवाणीचे अद्वितीय प्रकार आहेत. म्हणूनच, रासायनिक निष्कर्षण, बायोडीझेल उत्पादन, सेंद्रिय संश्लेषण, सूक्ष्मजीव उपचार, विषारी सेंद्रिय प्रदूषकांचे ऱ्हास, रासायनिक अभिक्रिया गती आणि उत्पन्न, उत्प्रेरकाची उत्प्रेरक कार्यक्षमता, जैवविघटन उपचार, अल्ट्रासोनिक स्केल प्रतिबंध आणि काढून टाकणे, जैविक पेशी क्रशिंग, फैलाव आणि एकत्रीकरण आणि सोनोकेमिकल अभिक्रिया यामध्ये अल्ट्रासाऊंड वाढत्या प्रमाणात महत्त्वाची भूमिका बजावते.

1. अल्ट्रासोनिक वर्धित रासायनिक अभिक्रिया.

अल्ट्रासाऊंडमुळे रासायनिक अभिक्रिया वाढली. मुख्य प्रेरक शक्ती म्हणजे अल्ट्रासाऊंड पोकळ्या निर्माण होणे. पोकळ्या निर्माण करणाऱ्या बबल कोरचे पतन स्थानिक उच्च तापमान, उच्च दाब आणि तीव्र आघात आणि सूक्ष्म जेट निर्माण करते, जे सामान्य परिस्थितीत साध्य करणे कठीण किंवा अशक्य असलेल्या रासायनिक अभिक्रियांसाठी एक नवीन आणि अतिशय विशेष भौतिक आणि रासायनिक वातावरण प्रदान करते.

२. प्रचंड कंपनसंख्या असलेल्या (ध्वनिलहरी) उत्प्रेरक प्रतिक्रिया.

एक नवीन संशोधन क्षेत्र म्हणून, अल्ट्रासोनिक उत्प्रेरक अभिक्रिया अधिकाधिक रस घेत आहे. उत्प्रेरक अभिक्रियेवर अल्ट्रासाऊंडचे मुख्य परिणाम असे आहेत:

(१) उच्च तापमान आणि उच्च दाब हे अभिक्रियाकांचे मुक्त रॅडिकल्स आणि द्विभाजक कार्बनमध्ये विघटन होण्यास अनुकूल असतात, ज्यामुळे अधिक सक्रिय अभिक्रिया प्रजाती तयार होतात;

(२) शॉक वेव्ह आणि मायक्रो जेटचे घन पृष्ठभागावर (जसे की उत्प्रेरक) डिसोर्प्शन आणि क्लीनिंग इफेक्ट्स असतात, जे पृष्ठभागावरील प्रतिक्रिया उत्पादने किंवा मध्यवर्ती आणि उत्प्रेरक पृष्ठभागाच्या निष्क्रियतेचा थर काढून टाकू शकतात;

(३) शॉक वेव्ह अभिक्रियाकारक रचना नष्ट करू शकते

(४) विखुरलेली अभिक्रिया प्रणाली;

(५) अल्ट्रासोनिक पोकळ्या निर्माण झाल्यामुळे धातूचा पृष्ठभाग क्षीण होतो आणि शॉक वेव्हमुळे धातूच्या जाळीचे विकृतीकरण होते आणि अंतर्गत स्ट्रेन झोन तयार होतो, ज्यामुळे धातूची रासायनिक अभिक्रिया क्रिया सुधारते;

६) द्रावकाला घन पदार्थात प्रवेश करण्यास प्रोत्साहन देणे आणि तथाकथित समावेशन अभिक्रिया निर्माण करणे;

(७) उत्प्रेरकाचे विखुरणे सुधारण्यासाठी, उत्प्रेरक तयार करण्यासाठी अल्ट्रासोनिकचा वापर केला जातो. अल्ट्रासोनिक विकिरण उत्प्रेरकाचे पृष्ठभाग क्षेत्र वाढवू शकते, सक्रिय घटक अधिक समान रीतीने विखुरू शकते आणि उत्प्रेरक क्रियाकलाप वाढवू शकते.

३. अल्ट्रासोनिक पॉलिमर रसायनशास्त्र

अल्ट्रासोनिक पॉझिटिव्ह पॉलिमर केमिस्ट्रीच्या वापराने व्यापक लक्ष वेधले आहे. अल्ट्रासोनिक उपचारांमुळे मॅक्रोमोलेक्यूल्स, विशेषतः उच्च आण्विक वजनाचे पॉलिमर खराब होऊ शकतात. अल्ट्रासोनिक उपचारांमुळे सेल्युलोज, जिलेटिन, रबर आणि प्रथिने खराब होऊ शकतात. सध्या, सामान्यतः असे मानले जाते की अल्ट्रासोनिक डीग्रेडेशन यंत्रणा बलाच्या प्रभावामुळे आणि पोकळ्या निर्माण करणारा बबल फुटताना उच्च दाबामुळे होते आणि डिग्रेडेशनचा दुसरा भाग उष्णतेच्या प्रभावामुळे असू शकतो. काही विशिष्ट परिस्थितीत, पॉवर अल्ट्रासाऊंड देखील पॉलिमरायझेशन सुरू करू शकते. मजबूत अल्ट्रासाऊंड विकिरण पॉलीव्हिनिल अल्कोहोल आणि अॅक्रिलोनिट्राइलचे कॉपॉलिमरायझेशन सुरू करू शकते ज्यामुळे ब्लॉक कोपॉलिमर तयार होतात आणि पॉलिव्हिनिल एसीटेट आणि पॉलीथिलीन ऑक्साईडचे कॉपॉलिमरायझेशन सुरू होऊ शकते ज्यामुळे ग्राफ्ट कोपॉलिमर तयार होतात.

४. अल्ट्रासोनिक फील्डद्वारे वाढविलेले नवीन रासायनिक अभिक्रिया तंत्रज्ञान

नवीन रासायनिक अभिक्रिया तंत्रज्ञान आणि अल्ट्रासोनिक फील्ड एन्हांसमेंट यांचे संयोजन हे अल्ट्रासोनिक केमिस्ट्रीच्या क्षेत्रातील आणखी एक संभाव्य विकास दिशा आहे. उदाहरणार्थ, सुपरक्रिटिकल फ्लुइडचा वापर माध्यम म्हणून केला जातो आणि उत्प्रेरक अभिक्रिया मजबूत करण्यासाठी अल्ट्रासोनिक फील्डचा वापर केला जातो. उदाहरणार्थ, सुपरक्रिटिकल फ्लुइडची घनता द्रवासारखी असते आणि स्निग्धता आणि प्रसार गुणांक वायूसारखा असतो, ज्यामुळे त्याचे विघटन द्रवाच्या समतुल्य होते आणि त्याची वस्तुमान हस्तांतरण क्षमता वायूच्या समतुल्य होते. सुपरक्रिटिकल फ्लुइडच्या चांगल्या विद्राव्यता आणि प्रसार गुणधर्मांचा वापर करून विषम उत्प्रेरकाचे निष्क्रियीकरण सुधारले जाऊ शकते, परंतु जर अल्ट्रासोनिक फील्डचा वापर ते मजबूत करण्यासाठी केला जाऊ शकतो तर ते निःसंशयपणे केकवरील आयसिंग आहे. अल्ट्रासोनिक पोकळ्या निर्माण करून निर्माण होणारे शॉक वेव्ह आणि सूक्ष्म जेट केवळ सुपरक्रिटिकल फ्लुइडला उत्प्रेरक निष्क्रियतेस कारणीभूत ठरणारे काही पदार्थ विरघळवण्यासाठी, शोषण आणि साफसफाईची भूमिका बजावण्यासाठी आणि उत्प्रेरकाला दीर्घकाळ सक्रिय ठेवण्यासाठी, परंतु ढवळण्याची भूमिका देखील बजावतात, ज्यामुळे प्रतिक्रिया प्रणाली विखुरली जाऊ शकते आणि सुपरक्रिटिकल फ्लुइड रासायनिक अभिक्रियाचा वस्तुमान हस्तांतरण दर उच्च पातळीवर पोहोचू शकतो. याव्यतिरिक्त, अल्ट्रासोनिक पोकळ्या निर्माण झाल्यामुळे निर्माण होणाऱ्या स्थानिक बिंदूवरील उच्च तापमान आणि उच्च दाब अभिक्रियाकांचे मुक्त रॅडिकल्समध्ये क्रॅक होण्यास अनुकूल ठरतील आणि अभिक्रिया दर मोठ्या प्रमाणात वाढेल. सध्या, सुपरक्रिटिकल फ्लुइडच्या रासायनिक अभिक्रियेवर अनेक अभ्यास आहेत, परंतु अल्ट्रासोनिक क्षेत्राद्वारे अशा अभिक्रियेच्या वाढीवर काही अभ्यास आहेत.

५. बायोडिझेल उत्पादनात उच्च-शक्तीच्या अल्ट्रासोनिकचा वापर

बायोडिझेल तयार करण्याची गुरुकिल्ली म्हणजे फॅटी अॅसिड ग्लिसराइडचे मिथेनॉल आणि इतर कमी-कार्बन अल्कोहोलसह उत्प्रेरक ट्रान्सेस्टेरिफिकेशन. अल्ट्रासाऊंड स्पष्टपणे ट्रान्सेस्टेरिफिकेशन प्रतिक्रिया मजबूत करू शकते, विशेषतः विषम प्रतिक्रिया प्रणालींसाठी, ते मिश्रण (इमल्सीफिकेशन) प्रभाव लक्षणीयरीत्या वाढवू शकते आणि अप्रत्यक्ष आण्विक संपर्क अभिक्रियेला प्रोत्साहन देऊ शकते, जेणेकरून मूळतः उच्च तापमान (उच्च दाब) परिस्थितीत करणे आवश्यक असलेली प्रतिक्रिया खोलीच्या तपमानावर (किंवा खोलीच्या तापमानाजवळ) पूर्ण करता येईल, आणि प्रतिक्रिया वेळ कमी करता येईल. अल्ट्रासोनिक वेव्हचा वापर केवळ ट्रान्सेस्टेरिफिकेशन प्रक्रियेतच नाही तर प्रतिक्रिया मिश्रण वेगळे करण्यासाठी देखील केला जातो. युनायटेड स्टेट्समधील मिसिसिपी स्टेट युनिव्हर्सिटीच्या संशोधकांनी बायोडिझेलच्या उत्पादनात अल्ट्रासोनिक प्रक्रियेचा वापर केला. बायोडिझेलचे उत्पादन 5 मिनिटांत 99% पेक्षा जास्त झाले, तर पारंपारिक बॅच रिअॅक्टर सिस्टमला 1 तासापेक्षा जास्त वेळ लागला.