การประยุกต์ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ในชีวเคมีในระยะเริ่มต้นควรเป็นการทุบผนังเซลล์ด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์เพื่อปลดปล่อยสิ่งที่อยู่ข้างใน การศึกษาในเวลาต่อมาแสดงให้เห็นว่าคลื่นอัลตราซาวนด์ที่มีความเข้มข้นต่ำสามารถกระตุ้นกระบวนการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีได้ ตัวอย่างเช่น การฉายคลื่นอัลตราซาวนด์ด้วยเบสสารอาหารเหลวสามารถเพิ่มอัตราการเติบโตของเซลล์สาหร่ายได้ ส่งผลให้ปริมาณโปรตีนที่เซลล์เหล่านี้ผลิตได้เพิ่มขึ้นถึงสามเท่า

เมื่อเปรียบเทียบกับความหนาแน่นของพลังงานของการยุบตัวของฟองอากาศจากการเกิดโพรงอากาศ ความหนาแน่นของพลังงานของสนามเสียงอัลตราโซนิกจะขยายใหญ่ขึ้นเป็นล้านล้านเท่า ส่งผลให้มีความเข้มข้นของพลังงานที่สูงมาก ปรากฏการณ์โซโนเคมีและโซโนลูมิเนสเซนซ์ที่เกิดจากอุณหภูมิและแรงดันสูงที่เกิดจากฟองอากาศจากการเกิดโพรงอากาศเป็นรูปแบบเฉพาะของการแลกเปลี่ยนพลังงานและวัสดุในโซโนเคมี ดังนั้น อัลตราซาวนด์จึงมีบทบาทสำคัญเพิ่มมากขึ้นในการสกัดทางเคมี การผลิตไบโอดีเซล การสังเคราะห์สารอินทรีย์ การบำบัดด้วยจุลินทรีย์ การย่อยสลายสารมลพิษอินทรีย์ที่เป็นพิษ ความเร็วและผลผลิตของปฏิกิริยาเคมี ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของตัวเร่งปฏิกิริยา การบำบัดด้วยการย่อยสลายทางชีวภาพ การป้องกันและการกำจัดตะกรันด้วยอัลตราโซนิก การบดเซลล์ทางชีวภาพ การกระจายและการรวมกลุ่ม และปฏิกิริยาโซโนเคมี

1. ปฏิกิริยาเคมีที่ได้รับการปรับปรุงด้วยอัลตราโซนิก

ปฏิกิริยาเคมีที่เพิ่มประสิทธิภาพด้วยคลื่นอัลตราซาวนด์ แรงขับเคลื่อนหลักคือการเกิดโพรงอากาศเหนือเสียง การยุบตัวของแกนฟองที่เกิดโพรงอากาศทำให้เกิดอุณหภูมิสูงในพื้นที่ แรงดันสูง และแรงกระแทกที่รุนแรง รวมถึงเจ็ทขนาดเล็ก ซึ่งให้สภาพแวดล้อมทางกายภาพและเคมีที่พิเศษมากและใหม่สำหรับปฏิกิริยาเคมีที่ยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุภายใต้สภาวะปกติ

2. ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาอัลตราโซนิก

ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นสาขาการวิจัยใหม่ซึ่งได้รับความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ ผลกระทบหลักของคลื่นเสียงความถี่สูงต่อปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา ได้แก่:

(1) อุณหภูมิสูงและแรงดันสูงเอื้อต่อการแตกตัวของสารตั้งต้นเป็นอนุมูลอิสระและคาร์บอนที่มีประจุไฟฟ้าสองประจุ ทำให้เกิดปฏิกิริยาที่มีการทำงานมากขึ้น

(2) คลื่นกระแทกและไมโครเจ็ทมีผลในการดูดซับและทำความสะอาดบนพื้นผิวของแข็ง (เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยา) ซึ่งสามารถกำจัดผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาพื้นผิวหรือสารตัวกลางและชั้นการทำให้เฉื่อยของพื้นผิวตัวเร่งปฏิกิริยาได้

(3) คลื่นกระแทกอาจทำลายโครงสร้างของสารตั้งต้น

(4) ระบบปฏิกิริยาแบบกระจายตัว

(5) การเกิดโพรงอากาศอัลตราโซนิกจะกัดกร่อนพื้นผิวโลหะ และคลื่นกระแทกทำให้เกิดการเสียรูปของโครงตาข่ายโลหะและการเกิดโซนความเครียดภายใน ซึ่งจะช่วยปรับปรุงกิจกรรมปฏิกิริยาเคมีของโลหะ

6) ส่งเสริมให้ตัวทำละลายแทรกซึมเข้าไปในของแข็งเพื่อผลิตปฏิกิริยาการรวมตัว

(7) เพื่อปรับปรุงการกระจายตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา มักใช้คลื่นอัลตราโซนิกในการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา การฉายคลื่นอัลตราโซนิกสามารถเพิ่มพื้นที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา ทำให้ส่วนประกอบที่ใช้งานกระจายตัวได้สม่ำเสมอมากขึ้น และเพิ่มกิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยา

3. เคมีโพลีเมอร์อัลตราโซนิก

การประยุกต์ใช้เคมีโพลีเมอร์เชิงบวกด้วยคลื่นอัลตราโซนิกได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง การบำบัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถย่อยสลายโมเลกุลขนาดใหญ่ โดยเฉพาะโพลีเมอร์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง เซลลูโลส เจลาติน ยาง และโปรตีนสามารถย่อยสลายได้ด้วยการบำบัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิก ปัจจุบัน เชื่อกันโดยทั่วไปว่ากลไกการย่อยสลายด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเกิดจากผลของแรงและแรงดันสูงเมื่อฟองอากาศเกิดการแตก และส่วนอื่นของการย่อยสลายอาจเกิดจากผลของความร้อน ภายใต้เงื่อนไขบางอย่าง คลื่นอัลตราโซนิกกำลังสูงสามารถเริ่มการเกิดพอลิเมอไรเซชันได้เช่นกัน การฉายรังสีอัลตราซาวด์ที่เข้มข้นสามารถเริ่มการโคพอลิเมอไรเซชันของโพลีไวนิลแอลกอฮอล์และอะคริโลไนไตรล์เพื่อเตรียมโคพอลิเมอร์แบบบล็อก และการโคพอลิเมอไรเซชันของโพลีไวนิลอะซิเตทและโพลีเอทิลีนออกไซด์เพื่อสร้างโคพอลิเมอร์กราฟต์

4. เทคโนโลยีปฏิกิริยาเคมีใหม่ที่ปรับปรุงด้วยสนามอัลตราโซนิก

การผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีปฏิกิริยาเคมีแบบใหม่และการปรับปรุงสนามอัลตราโซนิกเป็นแนวทางการพัฒนาที่มีศักยภาพอีกทางหนึ่งในสาขาเคมีอัลตราโซนิก ตัวอย่างเช่น ของเหลวเหนือวิกฤตถูกใช้เป็นตัวกลาง และสนามอัลตราโซนิกถูกใช้เพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น ของเหลวเหนือวิกฤตมีความหนาแน่นใกล้เคียงกับของเหลว และมีความหนืดและค่าสัมประสิทธิ์การแพร่คล้ายกับก๊าซ ซึ่งทำให้การละลายเทียบเท่ากับของเหลว และความสามารถในการถ่ายเทมวลเทียบเท่ากับก๊าซ การลดการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันสามารถปรับปรุงได้โดยใช้คุณสมบัติการละลายและการแพร่กระจายที่ดีของของเหลวเหนือวิกฤต แต่ไม่ต้องสงสัยเลยว่าจะเป็นครีมบนเค้กหากสามารถใช้สนามอัลตราโซนิกเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับมันได้ คลื่นกระแทกและเจ็ตขนาดเล็กที่เกิดจากการเกิดฟองอากาศเหนือวิกฤตไม่เพียงแต่จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของของเหลวเหนือวิกฤตอย่างมากในการละลายสารบางชนิดที่นำไปสู่การปิดการใช้งานตัวเร่งปฏิกิริยา ทำหน้าที่ในการแยกตัวและทำความสะอาด และทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานได้นานขึ้นเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่ในการกวน ซึ่งสามารถกระจายระบบปฏิกิริยา และทำให้อัตราการถ่ายโอนมวลของปฏิกิริยาเคมีของของเหลวเหนือวิกฤตสูงขึ้น นอกจากนี้ อุณหภูมิสูงและแรงดันสูงที่จุดเฉพาะที่เกิดขึ้นจากการเกิดฟองอากาศเหนือวิกฤตจะเอื้อต่อการแตกตัวของสารตั้งต้นเป็นอนุมูลอิสระและเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้อย่างมาก ปัจจุบันมีการศึกษามากมายเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีของของเหลวเหนือวิกฤต แต่มีการศึกษาน้อยมากเกี่ยวกับการเพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยาดังกล่าวด้วยสนามเหนือวิกฤต

5. การประยุกต์ใช้คลื่นอัลตราโซนิกกำลังสูงในการผลิตไบโอดีเซล

กุญแจสำคัญในการเตรียมไบโอดีเซลคือการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของกรดไขมันกลีเซอไรด์ด้วยเมทานอลและแอลกอฮอล์คาร์บอนต่ำชนิดอื่น ๆ อัลตราซาวนด์สามารถเสริมความแข็งแกร่งให้กับปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันได้อย่างชัดเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบปฏิกิริยาที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน สามารถเพิ่มเอฟเฟกต์การผสม (อิมัลชัน) ได้อย่างมีนัยสำคัญ และส่งเสริมปฏิกิริยาการสัมผัสทางอ้อมของโมเลกุล ทำให้สามารถทำปฏิกิริยาที่จำเป็นต้องดำเนินการภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง (แรงดันสูง) สำเร็จได้ที่อุณหภูมิห้อง (หรือใกล้เคียงกับอุณหภูมิห้อง) และลดระยะเวลาในการเกิดปฏิกิริยา คลื่นอัลตราโซนิกไม่เพียงแต่ใช้ในกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเท่านั้น แต่ยังใช้ในการแยกส่วนผสมของปฏิกิริยาอีกด้วย นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยมิสซิสซิปปีสเตตในสหรัฐอเมริกาใช้การประมวลผลด้วยคลื่นอัลตราโซนิกในการผลิตไบโอดีเซล ผลผลิตของไบโอดีเซลเกิน 99% ภายใน 5 นาที ในขณะที่ระบบเครื่องปฏิกรณ์แบบแบตช์ทั่วไปใช้เวลามากกว่า 1 ชั่วโมง