બાયોકેમિસ્ટ્રીમાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો પ્રારંભિક ઉપયોગ કોષ દિવાલને અલ્ટ્રાસાઉન્ડથી તોડીને તેની સામગ્રી મુક્ત કરવાનો હોવો જોઈએ. ત્યારબાદના અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે ઓછી-તીવ્રતાવાળા અલ્ટ્રાસાઉન્ડ બાયોકેમિકલ પ્રતિક્રિયા પ્રક્રિયાને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે. ઉદાહરણ તરીકે, પ્રવાહી પોષક તત્વોના અલ્ટ્રાસોનિક ઇરેડિયેશનથી શેવાળ કોષોનો વિકાસ દર વધી શકે છે, આમ આ કોષો દ્વારા ઉત્પાદિત પ્રોટીનની માત્રામાં ત્રણ ગણો વધારો થાય છે.

પોલાણ પરપોટાના પતનની ઉર્જા ઘનતાની તુલનામાં, અલ્ટ્રાસોનિક ધ્વનિ ક્ષેત્રની ઉર્જા ઘનતા અબજો ગણી વધી છે, જેના પરિણામે ઉર્જાની વિશાળ સાંદ્રતા જોવા મળે છે; પોલાણ પરપોટા દ્વારા ઉત્પાદિત ઉચ્ચ તાપમાન અને દબાણને કારણે થતી સોનોકેમિકલ ઘટના અને સોનોલ્યુમિનેસેન્સ સોનોકેમિસ્ટ્રીમાં ઉર્જા અને સામગ્રીના વિનિમયના અનન્ય સ્વરૂપો છે. તેથી, અલ્ટ્રાસાઉન્ડ રાસાયણિક નિષ્કર્ષણ, બાયોડીઝલ ઉત્પાદન, કાર્બનિક સંશ્લેષણ, માઇક્રોબાયલ સારવાર, ઝેરી કાર્બનિક પ્રદૂષકોનું અધોગતિ, રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા ગતિ અને ઉપજ, ઉત્પ્રેરકની ઉત્પ્રેરક કાર્યક્ષમતા, બાયોડિગ્રેડેશન સારવાર, અલ્ટ્રાસોનિક સ્કેલ નિવારણ અને દૂર કરવા, જૈવિક કોષ કચડી નાખવા, વિક્ષેપ અને એકત્રીકરણ અને સોનોકેમિકલ પ્રતિક્રિયામાં વધુને વધુ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.

1. અલ્ટ્રાસોનિક ઉન્નત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા.

અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઉન્નત રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા. મુખ્ય પ્રેરક બળ અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ છે. પોલાણ કરનારા બબલ કોરનું પતન સ્થાનિક ઉચ્ચ તાપમાન, ઉચ્ચ દબાણ અને મજબૂત અસર અને સૂક્ષ્મ જેટ ઉત્પન્ન કરે છે, જે સામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં પ્રાપ્ત કરવા મુશ્કેલ અથવા અશક્ય હોય તેવી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ માટે એક નવું અને ખૂબ જ ખાસ ભૌતિક અને રાસાયણિક વાતાવરણ પૂરું પાડે છે.

2. અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયા.

એક નવા સંશોધન ક્ષેત્ર તરીકે, અલ્ટ્રાસોનિક ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયાએ વધુને વધુ રસ આકર્ષ્યો છે. ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયા પર અલ્ટ્રાસાઉન્ડની મુખ્ય અસરો છે:

(1) ઉચ્ચ તાપમાન અને ઉચ્ચ દબાણ પ્રતિક્રિયાશીલ પદાર્થોના મુક્ત રેડિકલ અને દ્વિભાજક કાર્બનમાં વિભાજન માટે અનુકૂળ છે, જે વધુ સક્રિય પ્રતિક્રિયા પ્રજાતિઓ બનાવે છે;

(2) શોક વેવ અને માઇક્રો જેટ ઘન સપાટી (જેમ કે ઉત્પ્રેરક) પર ડિસોર્પ્શન અને સફાઈ અસરો ધરાવે છે, જે સપાટી પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો અથવા મધ્યવર્તી પદાર્થો અને ઉત્પ્રેરક સપાટી નિષ્ક્રિયતા સ્તરને દૂર કરી શકે છે;

(3) શોક વેવ રિએક્ટન્ટ સ્ટ્રક્ચરનો નાશ કરી શકે છે

(4) વિખરાયેલી પ્રતિક્રિયાશીલ પ્રણાલી;

(5) અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ ધાતુની સપાટીને ક્ષીણ કરે છે, અને આઘાત તરંગ ધાતુની જાળીના વિકૃતિ તરફ દોરી જાય છે અને આંતરિક તાણ ઝોનની રચના તરફ દોરી જાય છે, જે ધાતુની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા પ્રવૃત્તિમાં સુધારો કરે છે;

૬) દ્રાવકને ઘનમાં પ્રવેશવા માટે પ્રોત્સાહન આપો જેથી તેને સમાવેશ પ્રતિક્રિયા કહેવામાં આવે;

(૭) ઉત્પ્રેરકના વિક્ષેપને સુધારવા માટે, ઉત્પ્રેરકની તૈયારીમાં ઘણીવાર અલ્ટ્રાસોનિકનો ઉપયોગ થાય છે. અલ્ટ્રાસોનિક ઇરેડિયેશન ઉત્પ્રેરકના સપાટીના ક્ષેત્રફળને વધારી શકે છે, સક્રિય ઘટકોને વધુ સમાનરૂપે વિખેરી શકે છે અને ઉત્પ્રેરક પ્રવૃત્તિમાં વધારો કરી શકે છે.

3. અલ્ટ્રાસોનિક પોલિમર રસાયણશાસ્ત્ર

અલ્ટ્રાસોનિક પોઝિટિવ પોલિમર રસાયણશાસ્ત્રના ઉપયોગે વ્યાપક ધ્યાન ખેંચ્યું છે. અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર મેક્રોમોલેક્યુલ્સ, ખાસ કરીને ઉચ્ચ પરમાણુ વજન પોલિમરને ડિગ્રેડ કરી શકે છે. અલ્ટ્રાસોનિક સારવાર દ્વારા સેલ્યુલોઝ, જિલેટીન, રબર અને પ્રોટીનનું ડિગ્રેડ કરી શકાય છે. હાલમાં, સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે અલ્ટ્રાસોનિક ડિગ્રેડેશન મિકેનિઝમ બળની અસર અને પોલાણ પરપોટો ફૂટે ત્યારે ઉચ્ચ દબાણને કારણે થાય છે, અને ડિગ્રેડેશનનો બીજો ભાગ ગરમીની અસરને કારણે હોઈ શકે છે. ચોક્કસ પરિસ્થિતિઓમાં, પાવર અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પણ પોલિમરાઇઝેશન શરૂ કરી શકે છે. મજબૂત અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ઇરેડિયેશન બ્લોક કોપોલિમર્સ તૈયાર કરવા માટે પોલીવિનાઇલ આલ્કોહોલ અને એક્રેલોનિટ્રાઇલના કોપોલિમરાઇઝેશન અને ગ્રાફ્ટ કોપોલિમર્સ બનાવવા માટે પોલીવિનાઇલ એસિટેટ અને પોલિઇથિલિન ઓક્સાઇડના કોપોલિમરાઇઝેશન શરૂ કરી શકે છે.

૪. અલ્ટ્રાસોનિક ક્ષેત્ર દ્વારા ઉન્નત નવી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા ટેકનોલોજી

નવી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા ટેકનોલોજી અને અલ્ટ્રાસોનિક ક્ષેત્ર વૃદ્ધિનું સંયોજન અલ્ટ્રાસોનિક રસાયણશાસ્ત્રના ક્ષેત્રમાં બીજી સંભવિત વિકાસ દિશા છે. ઉદાહરણ તરીકે, સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીનો ઉપયોગ માધ્યમ તરીકે થાય છે, અને અલ્ટ્રાસોનિક ક્ષેત્રનો ઉપયોગ ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયાને મજબૂત બનાવવા માટે થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીમાં પ્રવાહી જેવી ઘનતા અને સ્નિગ્ધતા અને પ્રસરણ ગુણાંક ગેસ જેવો જ હોય ​​છે, જે તેના વિસર્જનને પ્રવાહી સમકક્ષ અને તેની માસ ટ્રાન્સફર ક્ષમતાને ગેસ સમકક્ષ બનાવે છે. સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીના સારા દ્રાવ્યતા અને પ્રસરણ ગુણધર્મોનો ઉપયોગ કરીને વિજાતીય ઉત્પ્રેરકનું નિષ્ક્રિયકરણ સુધારી શકાય છે, પરંતુ જો અલ્ટ્રાસોનિક ક્ષેત્રનો ઉપયોગ તેને મજબૂત કરવા માટે કરી શકાય તો તે નિઃશંકપણે કેક પરનો આઈસિંગ છે. અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા શોક વેવ અને માઇક્રો જેટ માત્ર સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીને મોટા પ્રમાણમાં વધારી શકતા નથી જેથી કેટલાક પદાર્થો ઓગળી શકે જે ઉત્પ્રેરક નિષ્ક્રિયકરણ તરફ દોરી જાય છે, ડિસોર્પ્શન અને સફાઈની ભૂમિકા ભજવે છે, અને ઉત્પ્રેરકને લાંબા સમય સુધી સક્રિય રાખે છે, પણ હલાવવાની ભૂમિકા પણ ભજવે છે, જે પ્રતિક્રિયા પ્રણાલીને વિખેરી શકે છે, અને સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહી રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના માસ ટ્રાન્સફર દરને ઉચ્ચ સ્તર પર લઈ જાય છે. વધુમાં, અલ્ટ્રાસોનિક પોલાણ દ્વારા રચાયેલા સ્થાનિક બિંદુ પર ઉચ્ચ તાપમાન અને ઉચ્ચ દબાણ રિએક્ટન્ટ્સને મુક્ત રેડિકલમાં તોડવા માટે અનુકૂળ રહેશે અને પ્રતિક્રિયા દરને મોટા પ્રમાણમાં વેગ આપશે. હાલમાં, સુપરક્રિટિકલ પ્રવાહીની રાસાયણિક પ્રતિક્રિયા પર ઘણા અભ્યાસો છે, પરંતુ અલ્ટ્રાસોનિક ક્ષેત્ર દ્વારા આવી પ્રતિક્રિયા વધારવા પર થોડા અભ્યાસો છે.

5. બાયોડીઝલ ઉત્પાદનમાં ઉચ્ચ-શક્તિવાળા અલ્ટ્રાસોનિકનો ઉપયોગ

બાયોડીઝલની તૈયારીની ચાવી ફેટી એસિડ ગ્લિસરાઇડનું મિથેનોલ અને અન્ય ઓછા કાર્બન આલ્કોહોલ સાથે ઉત્પ્રેરક ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન છે. અલ્ટ્રાસાઉન્ડ સ્પષ્ટપણે ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન પ્રતિક્રિયાને મજબૂત બનાવી શકે છે, ખાસ કરીને વિજાતીય પ્રતિક્રિયા પ્રણાલીઓ માટે, તે મિશ્રણ (ઇમલ્સિફિકેશન) અસરને નોંધપાત્ર રીતે વધારી શકે છે અને પરોક્ષ પરમાણુ સંપર્ક પ્રતિક્રિયાને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે, જેથી મૂળરૂપે ઉચ્ચ તાપમાન (ઉચ્ચ દબાણ) પરિસ્થિતિઓ હેઠળ હાથ ધરવા માટે જરૂરી પ્રતિક્રિયા ઓરડાના તાપમાને (અથવા ઓરડાના તાપમાનની નજીક) પૂર્ણ કરી શકાય, અને પ્રતિક્રિયા સમય ટૂંકો કરી શકાય. અલ્ટ્રાસોનિક તરંગનો ઉપયોગ ફક્ત ટ્રાન્સએસ્ટેરિફિકેશન પ્રક્રિયામાં જ નહીં, પરંતુ પ્રતિક્રિયા મિશ્રણને અલગ કરવામાં પણ થાય છે. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં મિસિસિપી સ્ટેટ યુનિવર્સિટીના સંશોધકોએ બાયોડીઝલના ઉત્પાદનમાં અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કર્યો. બાયોડીઝલની ઉપજ 5 મિનિટમાં 99% થી વધુ થઈ ગઈ, જ્યારે પરંપરાગત બેચ રિએક્ટર સિસ્ટમમાં 1 કલાકથી વધુ સમય લાગ્યો.