ბიოქიმიაში ულტრაბგერის ადრეული გამოყენება უნდა იყოს უჯრედის კედლის ულტრაბგერით დაშლა მისი შიგთავსის გამოსათავისუფლებლად. შემდგომმა კვლევებმა აჩვენა, რომ დაბალი ინტენსივობის ულტრაბგერით შეიძლება ბიოქიმიური რეაქციის პროცესის ხელშეწყობა. მაგალითად, თხევადი საკვები ბაზის ულტრაბგერითი დასხივება შეიძლება გაზარდოს წყალმცენარეების უჯრედების ზრდის ტემპი, რითაც სამჯერ გაიზრდება ამ უჯრედების მიერ წარმოებული ცილის რაოდენობა.

კავიტაციის ბუშტების კოლაფსის ენერგიის სიმკვრივესთან შედარებით, ულტრაბგერითი ხმის ველის ენერგიის სიმკვრივე ტრილიონჯერ გაიზარდა, რაც იწვევს ენერგიის უზარმაზარ კონცენტრაციას; სონოქიმიური მოვლენები და სონოლუმინესცენცია, რომელიც გამოწვეულია კავიტაციის ბუშტების მიერ წარმოქმნილი მაღალი ტემპერატურითა და წნევით, წარმოადგენს ენერგიისა და მასალის გაცვლის უნიკალურ ფორმებს სონოქიმიაში. ამიტომ, ულტრაბგერა სულ უფრო მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ქიმიურ მოპოვებაში, ბიოდიზელის წარმოებაში, ორგანულ სინთეზში, მიკრობულ დამუშავებაში, ტოქსიკური ორგანული დამაბინძურებლების დეგრადაციაში, ქიმიური რეაქციის სიჩქარესა და მოსავლიანობაში, კატალიზატორის კატალიზურ ეფექტურობაში, ბიოდეგრადაციის დამუშავებაში, ულტრაბგერითი მასშტაბის პრევენციასა და მოცილებაში, ბიოლოგიურ უჯრედების გამანადგურებლად, დისპერსიასა და აგლომერაციაში და სონოქიმიურ რეაქციაში.

1. ულტრაბგერითი გაძლიერებული ქიმიური რეაქცია.

ულტრაბგერით გაძლიერებული ქიმიური რეაქცია. მთავარი მამოძრავებელი ძალა ულტრაბგერითი კავიტაციაა. კავიტაციური ბუშტის ბირთვის კოლაფსი იწვევს ლოკალურ მაღალ ტემპერატურას, მაღალ წნევას და ძლიერ დარტყმას და მიკროჭავალს, რაც ქმნის ახალ და ძალიან განსაკუთრებულ ფიზიკურ და ქიმიურ გარემოს ქიმიური რეაქციებისთვის, რომელთა მიღწევა ნორმალურ პირობებში რთულია ან შეუძლებელია.

2. ულტრაბგერითი კატალიზური რეაქცია.

როგორც ახალი კვლევის სფერო, ულტრაბგერითი კატალიზური რეაქცია სულ უფრო მეტ ინტერესს იპყრობს. ულტრაბგერის ძირითადი ეფექტები კატალიზურ რეაქციაზეა:

(1) მაღალი ტემპერატურა და მაღალი წნევა ხელს უწყობს რეაქტანტების თავისუფალ რადიკალებად და ორვალენტიან ნახშირბადად დაშლას, რაც უფრო აქტიური რეაქციის სახეობების წარმოქმნას უწყობს ხელს;

(2) დარტყმითი ტალღა და მიკროჭავლი მყარ ზედაპირზე (მაგალითად, კატალიზატორზე) დეზორბციული და გამწმენდი ეფექტებით ხასიათდება, რამაც შეიძლება ზედაპირული რეაქციის პროდუქტების ან შუალედური პროდუქტების და კატალიზატორის ზედაპირის პასივაციის ფენის მოშორება გამოიწვიოს;

(3) დარტყმითი ტალღა შეიძლება რეაქტიანტის სტრუქტურას ანადგურებდეს

(4) დისპერსიული რეაქტანტების სისტემა;

(5) ულტრაბგერითი კავიტაცია აზიანებს ლითონის ზედაპირს, ხოლო დარტყმითი ტალღა იწვევს ლითონის ბადის დეფორმაციას და შიდა დეფორმაციის ზონის წარმოქმნას, რაც აუმჯობესებს ლითონის ქიმიურ რეაქციულ აქტივობას;

6) გამხსნელის მყარ სხეულში შეღწევის ხელშეწყობა, ე.წ. ინკლუზიური რეაქციის წარმოსაქმნელად;

(7) კატალიზატორის დისპერსიის გასაუმჯობესებლად, კატალიზატორის მომზადებაში ხშირად გამოიყენება ულტრაბგერითი დასხივება. ულტრაბგერითი დასხივება ზრდის კატალიზატორის ზედაპირის ფართობს, აადვილებს აქტიური კომპონენტების უფრო თანაბრად გაფანტვას და აძლიერებს კატალიზურ აქტივობას.

3. ულტრაბგერითი პოლიმერული ქიმია

ულტრაბგერითი დადებითი პოლიმერული ქიმიის გამოყენებამ დიდი ყურადღება მიიპყრო. ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია მაკრომოლეკულების, განსაკუთრებით მაღალი მოლეკულური წონის პოლიმერების დაშლა. ცელულოზა, ჟელატინი, რეზინი და ცილა შეიძლება დაშლილი იყოს ულტრაბგერითი დამუშავებით. ამჟამად, ზოგადად ითვლება, რომ ულტრაბგერითი დაშლის მექანიზმი განპირობებულია ძალისა და მაღალი წნევის ზემოქმედებით, როდესაც კავიტაციის ბუშტი სკდება, ხოლო დეგრადაციის მეორე ნაწილი შეიძლება გამოწვეული იყოს სითბოს ზემოქმედებით. გარკვეულ პირობებში, სიმძლავრის ულტრაბგერითაც შეიძლება დაიწყოს პოლიმერიზაცია. ძლიერ ულტრაბგერით დასხივებას შეუძლია დაიწყოს პოლივინილის სპირტისა და აკრილონიტრილის კოპოლიმერიზაცია ბლოკური კოპოლიმერების მოსამზადებლად და პოლივინილაცეტატისა და პოლიეთილენოქსიდის კოპოლიმერიზაცია ნამყენი კოპოლიმერების ფორმირებისთვის.

4. ულტრაბგერითი ველით გაძლიერებული ახალი ქიმიური რეაქციის ტექნოლოგია

ახალი ქიმიური რეაქციის ტექნოლოგიისა და ულტრაბგერითი ველის გაძლიერების კომბინაცია ულტრაბგერითი ქიმიის სფეროში განვითარების კიდევ ერთი პოტენციური მიმართულებაა. მაგალითად, ზეკრიტიკული სითხე გამოიყენება როგორც საშუალება, ხოლო ულტრაბგერითი ველი გამოიყენება კატალიზური რეაქციის გასაძლიერებლად. მაგალითად, ზეკრიტიკულ სითხეს აქვს სითხის მსგავსი სიმკვრივე და სიბლანტისა და დიფუზიის კოეფიციენტი აირის მსგავსი, რაც მის გახსნას სითხის ექვივალენტურს ხდის, ხოლო მასის გადაცემის უნარს აირის ექვივალენტურს. ჰეტეროგენული კატალიზატორის დეაქტივაცია შეიძლება გაუმჯობესდეს ზეკრიტიკული სითხის კარგი ხსნადობისა და დიფუზიური თვისებების გამოყენებით, მაგრამ ეს უდავოდ ნამცხვარზე „ნაყინია“, თუ ულტრაბგერითი ველის გამოყენება შესაძლებელია მის გასაძლიერებლად. ულტრაბგერითი კავიტაციით წარმოქმნილი დარტყმითი ტალღა და მიკროჭავლი არა მხოლოდ მნიშვნელოვნად აძლიერებს ზეკრიტიკულ სითხეს ზოგიერთი ნივთიერების გასახსნელად, რაც იწვევს კატალიზატორის დეაქტივაციას, ასრულებს დეზორბციისა და გაწმენდის როლს და კატალიზატორის დიდი ხნის განმავლობაში აქტიურობის შენარჩუნებას, არამედ ასრულებს მორევის როლს, რამაც შეიძლება გაფანტოს რეაქციის სისტემა და გაზარდოს ზეკრიტიკული სითხის ქიმიური რეაქციის მასის გადაცემის სიჩქარე. გარდა ამისა, ულტრაბგერითი კავიტაციის შედეგად წარმოქმნილ ლოკალურ წერტილში მაღალი ტემპერატურა და წნევა ხელს შეუწყობს რეაქტანტების თავისუფალ რადიკალებად დაშლას და მნიშვნელოვნად დააჩქარებს რეაქციის სიჩქარეს. ამჟამად, არსებობს მრავალი კვლევა ზეკრიტიკული სითხის ქიმიური რეაქციის შესახებ, მაგრამ რამდენიმე კვლევა ასეთი რეაქციის ულტრაბგერითი ველით გაძლიერების შესახებ.

5. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი გამოყენების გამოყენება ბიოდიზელის წარმოებაში

ბიოდიზელის მომზადების გასაღები ცხიმოვანი მჟავას გლიცერიდის კატალიზური ტრანსესტერიფიკაციაა მეთანოლით და სხვა დაბალნახშირბადიანი სპირტებით. ულტრაბგერითი გამოკვლევის შედეგად, ტრანსესტერიფიკაციის რეაქცია აშკარად გაძლიერებულია, განსაკუთრებით ჰეტეროგენული რეაქციის სისტემებისთვის, მას შეუძლია მნიშვნელოვნად გააძლიეროს შერევის (ემულსიფიკაციის) ეფექტი და ხელი შეუწყოს არაპირდაპირ მოლეკულურ კონტაქტურ რეაქციას, ისე, რომ რეაქცია, რომლის ჩატარებაც თავდაპირველად საჭირო იყო მაღალი ტემპერატურის (მაღალი წნევის) პირობებში, შეიძლება დასრულდეს ოთახის ტემპერატურაზე (ან ოთახის ტემპერატურასთან ახლოს) და შეამციროს რეაქციის დრო. ულტრაბგერითი ტალღა გამოიყენება არა მხოლოდ ტრანსესტერიფიკაციის პროცესში, არამედ რეაქციის ნარევის გამოყოფისასაც. აშშ-ში მისისიპის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მკვლევარებმა გამოიყენეს ულტრაბგერითი დამუშავება ბიოდიზელის წარმოებაში. ბიოდიზელის მოსავლიანობამ 5 წუთში 99%-ს გადააჭარბა, ხოლო ჩვეულებრივი პარტიული რეაქტორის სისტემას 1 საათზე მეტი დასჭირდა.