聲化學(xué)的主要應(yīng)用

更新時(shí)間：2016-07-01 | 點(diǎn)擊率：4263

超聲在生物化學(xué)中的早應(yīng)用應(yīng)當(dāng)是用超聲來粉碎細(xì)胞壁，以釋放出其內(nèi)容物。隨后的研究表明，低強(qiáng)度超聲可以促進(jìn)生化反應(yīng)過程，如用超聲照射液體營養(yǎng)基可增加藻類細(xì)胞的生長速度，從而使這些細(xì)胞產(chǎn)生蛋白質(zhì)的量增加3倍。

超聲波聲場的能量密度與空化泡崩潰時(shí)的能量密度相比,能量密度被擴(kuò)大了萬億倍,引起能量的巨大集中;空化泡產(chǎn)生的高溫和高壓導(dǎo)致的聲化學(xué)現(xiàn)象和聲致發(fā)光,是聲化學(xué)中*的能量和物質(zhì)交換形式。所以，超聲波對化學(xué)萃取、生物柴油生產(chǎn)、有機(jī)合成、治理微生物、降解有毒有機(jī)污染物、化學(xué)反應(yīng)速度和產(chǎn)率、催化劑的催化效率、生物降解處理，超聲波防垢除垢、生物細(xì)胞粉碎、分散和凝聚、和聲化學(xué)反應(yīng)具有越來越大的作用。

1.超聲強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)。

超聲強(qiáng)化化學(xué)反應(yīng)。主要動力來自超聲空化作用?？栈莺说谋罎a(chǎn)生局部高溫、高壓和強(qiáng)烈的沖擊波及微射流，為在一般條件下難以實(shí)現(xiàn)或不可能實(shí)現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)提供了一種新的非常特殊的物理化學(xué)環(huán)境。

2，超聲催化反應(yīng)。

超聲催化反應(yīng)作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域已引起業(yè)內(nèi)工作者越來越濃厚的興趣。超聲波對催化反應(yīng)的作用主要是：

（1）高溫高壓有利于反應(yīng)物裂解成自由基和二價(jià)碳，形成更為活潑的反應(yīng)物種；

（2）沖擊波和微射流對固體表面（如催化劑）有解吸和清洗作用，可清除表面反應(yīng)產(chǎn)物或中間物及催化劑表面鈍化層；

（3）沖擊波可能破壞反應(yīng)物結(jié)構(gòu)

（4）分散反應(yīng)物系；

（5）超聲空蝕金屬表面，沖擊波導(dǎo)致金屬晶格的變形和內(nèi)部應(yīng)變區(qū)的形成，提高金屬的化學(xué)反應(yīng)活性；

6）促使溶劑深入到固體內(nèi)部，產(chǎn)生所謂的夾雜反應(yīng)；

（7）改善催化劑分散性，在催化劑的制備中，常用到超聲波，超聲波的輻照可以增加催化劑的表面積使活性組分分散更均勻，催化活性增強(qiáng)。

3、超聲聚合物化學(xué)

超聲波正聚合物化學(xué)方面的應(yīng)用引起了人們的廣泛關(guān)注。超聲處理可以降解大分子，尤其是處理高分子量聚合物的降解效果更顯著。纖維素、明膠、橡膠和蛋白質(zhì)等經(jīng)超聲處理后都可得到很好的降解效果。目前對超聲降解機(jī)理一般認(rèn)為超聲降解的原因是由于受到力的作用以及空化泡爆裂時(shí)的高壓影響，另外部分降解可能是來自熱的作用。一定條件下功率超聲也可引發(fā)聚合，強(qiáng)超聲輻照可引發(fā)聚乙烯醇與丙烯腈共聚制備嵌段共聚物、聚醋酸乙烯與聚環(huán)氧乙烷共聚形成接枝共聚物等。

4、超聲場強(qiáng)化新型化學(xué)反應(yīng)技術(shù)

新型化學(xué)反應(yīng)技術(shù)和超聲場強(qiáng)化相結(jié)合是超聲化學(xué)領(lǐng)域中又一潛力的發(fā)展方向。如以超臨界流體為介質(zhì)，用超聲場進(jìn)行強(qiáng)化的催化反應(yīng)。如以超臨界流體具有類似于液體的密度和類似于氣體的粘度和擴(kuò)散系數(shù)，這使得其溶解相當(dāng)于液體，傳質(zhì)能力相當(dāng)于氣體。利用超臨界流體良好的溶解性能和擴(kuò)散性能，可以很好地改善非均相催化劑的失活問題，但如能加以超聲場進(jìn)行強(qiáng)化，則無疑是錦上添花。超聲空化產(chǎn)生的沖擊波和微射流不但可以極大地增強(qiáng)超臨界流體溶解某些導(dǎo)致催化劑失活的物質(zhì)，起到解吸和清洗的作用，使催化劑長時(shí)間保持活性，而且還有攪拌的作用，能分散反應(yīng)物系，令超臨界流體化學(xué)反應(yīng)傳質(zhì)速率更上一層樓。另外，超聲空化形成的局部點(diǎn)高溫高壓將有利于反應(yīng)物裂解成自由基，大大加快反應(yīng)速率。目前對超臨界流體化學(xué)反應(yīng)研究較多，但利用超聲場強(qiáng)化此類反應(yīng)的研究極少。

5．大功率超聲波應(yīng)用于生物柴油生產(chǎn)

生物柴油制備的關(guān)鍵是脂肪酸甘油酯與甲醇等低碳醇的催化酯交換反應(yīng)，而超聲波具有明顯的強(qiáng)化酯交換反應(yīng)的作用，特別是對非均相的反應(yīng)體系可明顯增強(qiáng)其混合（乳化）效果和促進(jìn)分子間接觸反應(yīng)，使原本需高溫（高壓）條件下進(jìn)行的反應(yīng)，在室溫（或接近室溫）條件下就可完成，并且縮短反應(yīng)時(shí)間。超聲波不僅用于酯交換反應(yīng)過程，而且用于反應(yīng)混合物的分離過程。美國密西西比州立大學(xué)的研究人員在生物柴油生產(chǎn)中采用超聲波加工，5分鐘內(nèi)使生物柴油產(chǎn)率超過99%，而采用常規(guī)的批量反應(yīng)器系統(tǒng)需1個(gè)小時(shí)以上。

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