การใช้อัลตราซาวนด์ในชีวเคมีในระยะแรกควรเป็นการทุบผนังเซลล์ด้วยอัลตราซาวนด์เพื่อปล่อยสารออกมา การศึกษาครั้งต่อมาแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์ความเข้มต่ำสามารถส่งเสริมกระบวนการปฏิกิริยาทางชีวเคมีได้ ตัวอย่างเช่น การฉายรังสีอัลตราโซนิกของฐานสารอาหารเหลวสามารถเพิ่มอัตราการเติบโตของเซลล์สาหร่าย ซึ่งจะเป็นการเพิ่มปริมาณโปรตีนที่ผลิตโดยเซลล์เหล่านี้ถึงสามเท่า

เมื่อเปรียบเทียบกับความหนาแน่นของพลังงานของการล่มสลายของฟองอากาศคาวิเทชั่น ความหนาแน่นของพลังงานของสนามเสียงอัลตราโซนิกได้รับการขยายใหญ่ขึ้นหลายล้านล้านครั้ง ส่งผลให้มีความเข้มข้นของพลังงานมหาศาล ปรากฏการณ์โซโนเคมีและการเรืองแสงโซโนเคมีที่เกิดจากอุณหภูมิและความดันสูงที่เกิดจากฟองอากาศคาวิเทชันเป็นรูปแบบเฉพาะของการแลกเปลี่ยนพลังงานและวัสดุในโซโนเคมี ดังนั้น อัลตราซาวนด์จึงมีบทบาทสำคัญมากขึ้นในการสกัดสารเคมี การผลิตไบโอดีเซล การสังเคราะห์สารอินทรีย์ การบำบัดด้วยจุลินทรีย์ การย่อยสลายสารมลพิษอินทรีย์ที่เป็นพิษ ความเร็วและผลผลิตของปฏิกิริยาเคมี ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยา การบำบัดด้วยการย่อยสลายทางชีวภาพ การป้องกันและกำจัดระดับอัลตราโซนิก การบดเซลล์ทางชีวภาพ การกระจายตัวและการรวมตัวกัน และปฏิกิริยาโซโนเคมี

1. ปฏิกิริยาเคมีที่เพิ่มขึ้นด้วยอัลตราโซนิก

อัลตราซาวนด์เพิ่มปฏิกิริยาเคมี แรงผลักดันหลักคือการเกิดโพรงอากาศแบบอัลตราโซนิก การล่มสลายของแกนฟองที่ทำให้เกิดโพรงทำให้เกิดอุณหภูมิสูงในท้องถิ่น ความดันสูง และการกระแทกที่รุนแรง และไมโครเจ็ท ซึ่งทำให้เกิดสภาพแวดล้อมทางกายภาพและเคมีแบบใหม่ที่พิเศษมากสำหรับปฏิกิริยาเคมีที่ยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุผลภายใต้สภาวะปกติ

2. ปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาอัลตราโซนิก

ในฐานะที่เป็นสาขาการวิจัยใหม่ ปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาอัลตราโซนิกได้ดึงดูดความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ ผลกระทบหลักของอัลตราซาวนด์ต่อปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาคือ:

(1) อุณหภูมิสูงและความดันสูงเอื้อต่อการแตกตัวของสารตั้งต้นให้เป็นอนุมูลอิสระและคาร์บอนไดวาเลนต์ ทำให้เกิดปฏิกิริยาชนิดที่แอคทีฟมากขึ้น

(2) คลื่นกระแทกและไมโครเจ็ทมีผลการดูดซับและการทำความสะอาดบนพื้นผิวแข็ง (เช่นตัวเร่งปฏิกิริยา) ซึ่งสามารถกำจัดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาพื้นผิวหรือตัวกลางและชั้นฟิล์มทู่ของพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยา

(3) คลื่นกระแทกอาจทำลายโครงสร้างของสารตั้งต้น

(4) ระบบสารตั้งต้นแบบกระจายตัว

(5) โพรงอากาศอัลตราโซนิกกัดกร่อนพื้นผิวโลหะ และคลื่นกระแทกทำให้เกิดการเสียรูปของโครงตาข่ายโลหะและการก่อตัวของโซนความเครียดภายใน ซึ่งช่วยปรับปรุงกิจกรรมปฏิกิริยาเคมีของโลหะ

6) ส่งเสริมตัวทำละลายให้เจาะเข้าไปในของแข็งเพื่อสร้างปฏิกิริยาที่เรียกว่ารวม

(7) เพื่อปรับปรุงการกระจายตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา มักใช้อัลตราโซนิกในการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา การฉายรังสีอัลตราโซนิกสามารถเพิ่มพื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้ส่วนประกอบที่ใช้งานกระจายตัวสม่ำเสมอมากขึ้น และเพิ่มกิจกรรมตัวเร่งปฏิกิริยา

3. เคมีอัลตราโซนิคโพลีเมอร์

การประยุกต์ใช้เคมีโพลีเมอร์เชิงบวกแบบอัลตราโซนิคได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง การรักษาด้วยอัลตราโซนิกสามารถย่อยสลายโมเลกุลขนาดใหญ่ได้ โดยเฉพาะโพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง เซลลูโลส เจลาติน ยาง และโปรตีนสามารถย่อยสลายได้ด้วยการบำบัดด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง ในปัจจุบันเชื่อกันโดยทั่วไปว่ากลไกการย่อยสลายด้วยคลื่นอัลตราโซนิกนั้นเกิดจากผลของแรงและแรงดันสูงเมื่อฟองอากาศคาวิเทชั่นแตก และส่วนอื่น ๆ ของการย่อยสลายอาจเนื่องมาจากผลของความร้อน ภายใต้เงื่อนไขบางประการ อัลตราซาวนด์กำลังยังสามารถเริ่มต้นการเกิดพอลิเมอไรเซชันได้ การฉายรังสีอัลตราซาวนด์ที่รุนแรงสามารถเริ่มต้นการเกิดโคพอลิเมอไรเซชันของโพลีไวนิลแอลกอฮอล์และอะคริโลไนไตรล์เพื่อเตรียมโคพอลิเมอร์แบบบล็อก และการเกิดโคพอลิเมอร์ของโพลีไวนิลอะซิเตตและโพลีเอทิลีนออกไซด์เพื่อสร้างโคพอลิเมอร์กราฟต์

4. เทคโนโลยีปฏิกิริยาเคมีใหม่ที่ได้รับการปรับปรุงด้วยสนามอัลตราโซนิก

การรวมกันของเทคโนโลยีปฏิกิริยาเคมีใหม่และการปรับปรุงสนามอัลตราโซนิกเป็นอีกทิศทางการพัฒนาที่มีศักยภาพในด้านเคมีอัลตราโซนิก ตัวอย่างเช่น ใช้ของไหลวิกฤตยิ่งยวดเป็นตัวกลาง และใช้สนามอัลตราโซนิกเพื่อเสริมปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น ของไหลวิกฤตยิ่งยวดมีความหนาแน่นใกล้เคียงกับของเหลวและมีสัมประสิทธิ์ความหนืดและการแพร่กระจายคล้ายกับก๊าซ ซึ่งทำให้การละลายของมันเทียบเท่ากับของเหลวและความสามารถในการถ่ายเทมวลของมันเทียบเท่ากับก๊าซ การปิดใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต่างกันสามารถปรับปรุงได้โดยใช้คุณสมบัติการละลายและการแพร่กระจายที่ดีของของไหลวิกฤตยิ่งยวด แต่ไม่ต้องสงสัยเลยว่าจะเป็นไอซิ่งบนเค้กหากสามารถใช้สนามอัลตราโซนิกเพื่อเสริมกำลังได้ คลื่นกระแทกและไมโครเจ็ทที่สร้างขึ้นโดยคาวิเทชั่นแบบอัลตราโซนิกไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มของเหลววิกฤตยิ่งยวดในการละลายสารบางชนิดที่นำไปสู่การปิดใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยา มีบทบาทในการสลายและทำความสะอาด และทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานเป็นเวลานาน แต่ยังเล่น บทบาทของการกวนซึ่งสามารถกระจายระบบปฏิกิริยาและทำให้อัตราการถ่ายโอนมวลของปฏิกิริยาเคมีของไหลวิกฤตยิ่งยวดไปสู่ระดับที่สูงขึ้น นอกจากนี้อุณหภูมิสูงและความดันสูงที่จุดเฉพาะที่เกิดขึ้นจาก cavitation อัลตราโซนิกจะเอื้อต่อการแตกตัวของสารตั้งต้นให้เป็นอนุมูลอิสระและเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาอย่างมาก ปัจจุบันมีการศึกษามากมายเกี่ยวกับปฏิกิริยาทางเคมีของของไหลวิกฤตยิ่งยวด แต่มีการศึกษาเพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยาดังกล่าวด้วยสนามอัลตราโซนิก

5. การใช้อัลตราโซนิกกำลังสูงในการผลิตไบโอดีเซล

หัวใจสำคัญในการเตรียมไบโอดีเซลคือการเร่งปฏิกิริยาทรานส์เอสเตริฟิเคชันของกรดไขมันกลีเซอไรด์ด้วยเมธานอลและแอลกอฮอล์คาร์บอนต่ำอื่นๆ อัลตราซาวนด์สามารถเสริมสร้างปฏิกิริยาทรานส์เอสเตริฟิเคชันได้อย่างเห็นได้ชัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบปฏิกิริยาที่ต่างกัน โดยสามารถเพิ่มผลการผสม (อิมัลซิฟิเคชั่น) ได้อย่างมีนัยสำคัญ และส่งเสริมปฏิกิริยาการสัมผัสทางโมเลกุลทางอ้อม เพื่อให้ปฏิกิริยาเดิมจำเป็นต้องดำเนินการภายใต้สภาวะที่มีอุณหภูมิสูง (แรงดันสูง) สามารถทำได้ที่อุณหภูมิห้อง (หรือใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้อง) และลดระยะเวลาในการทำปฏิกิริยา คลื่นอัลตราโซนิกไม่เพียงแต่ใช้ในกระบวนการทรานส์เอสเตริฟิเคชั่นเท่านั้น แต่ยังใช้ในการแยกส่วนผสมของปฏิกิริยาด้วย นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยรัฐมิสซิสซิปปี้ในสหรัฐอเมริกาใช้การประมวลผลอัลตราโซนิกในการผลิตไบโอดีเซล ผลผลิตไบโอดีเซลเกิน 99% ภายใน 5 นาที ในขณะที่ระบบเครื่องปฏิกรณ์แบบแบทช์แบบธรรมดาใช้เวลามากกว่า 1 ชั่วโมง