摘 要：超聲波由于空化作用產生的一系列效應，會對不同化學化工過程起到相應的作用，效果明顯，因而得到不同程度的工業(yè)應用及推廣。

關鍵詞：超聲波；化工；應用；

中圖分類號：TQ021 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-03-00-02

近20多年來，超聲波越來越多地應用于化學化工領域。超聲波作用原理可用加速攪拌和加速物質傳遞來解釋，也可用空穴效應及由此引發(fā)的物理、化學變化來解釋液體的聲空化過程是集中聲場能量并釋放的過程。也就是受超聲波輻射的液體產生的微小泡泡會在其周圍極小的空間產生出5000k以上的高溫和超過1013×105KPa的高壓，溫度變化率高達109K/S，并且伴隨強烈的沖擊波和時速高達400Km/h的射流[1][2]，這些能量足以斷開結合力強的化學鍵，并促進化學反應（包括氧化、還原、取代分子破碎以及自由基引發(fā)的聚合、降解等化學反應，使很多以往不能進行或難以進行的反應順利進行，提高化學反應速率、增加產率、改善目的產物的選擇性）和對化工過程產生積極的影響（使許多過程得到有效地改善和強化），更重要的是超聲波作為一種方便、迅速、有效、安全的技術大大優(yōu)越于傳統(tǒng)的攪、外加熱等熱力學手段。本文將就超聲波在化學化工領域中的應用研究作簡要介紹。

一、超聲波在有機合成中的應用

（一）取代反應

超聲波應用于取代反應中的例子非常多，其中不少具有一定的使用價值。如在工業(yè)上，用嘯聲反應器加速很重要的油、脂、臘的水解，從而獲得價格低廉的產品。

1、水解反應。研究者發(fā)現(xiàn)：正常的水解反應若施以 超聲波，反應條件可溫和許多，而且速度增加且與溫度成正比，這種現(xiàn)象在硝基苯酯的堿性水解中可以觀察到，其水解速度增加了15%，而與分子結構無關。

2、烷基化反應。超聲波對冠化合物的N-烷基化有很大促進，不僅條件溫和而且提高了產率，如：

3、單取代硼酸的制取[3]。單取代硼酸是一類有用的合成中間體，與傳統(tǒng)方法相比，在超聲波作用下以硼酸三丁酯為原料與鹵代烴、金屬鎂粉，室溫條件下即可制備單取代硼酸。

這個反應中，超聲波對它的促進作用相當明顯，反應用的THF，僅需KOH烘干即可，不再需要嚴格的無水無氧條件，反應速度快，特別是加入少量碘后，反應幾乎瞬間完成，而沒有引發(fā)期。

（二）氧化反應

天然的木質素在超聲波作用下會被氧化成香蘭素，并且產率提高了約3倍。

（三）還原反應

近年來還原反應是有機聲化學的研究熱點，如在超聲波作用下用氫化鋁鋰還原幾種雜原子———鹵素鍵（在己烷和環(huán)己烷中）：

利用過渡金屬還原脂芳烴鹵化物或芳基鹵化物有很多方法。但芳基氯化物是極難被還原的。在超聲波輻射下，以NiCl2-Zn-H2O為還原劑，不僅其他的鹵化物很容易還原朊鹵，且芳基氯化物也是很容易還原：

（四）成環(huán)反應

成環(huán)反應中分子內成環(huán)研究較多，對于烯醇硅醚環(huán)丙化的反應[4]。超聲波方法條件溫和，無劇烈的放熱過程，因而可用于大量制備：

對于下面的反應，用超聲合成α-氨基乙酰胺[8]，大縮短反應時間，提高了產品回收率：

（五）開環(huán)反應

玻沃反應、縮合反應、偶聯(lián)反應，還有一些重要的人名反應，在超聲波的作用下，都有不同程度的好效果。當然，超聲波有時會使科學家們感到困惑，對于揮發(fā)性溶劑，超聲分解就要困難得多。

二、超聲波在化工中的應用

（一）固液萃取強化

近年來，食品或塑料等固體樣品中微量成分的超聲萃取已經成為分析化學中的一種常規(guī)手段。超聲空化可以改善那些以植物根莖為原料的萃取過程.超聲萃取也被用于醫(yī)藥生產行業(yè)，例如螺旋藻和黃連素的超聲萃取。超聲波可進黃連素的提取，又不改變黃連素的結構。秦煒等以乙醇萃取姜黃色素為例研究了超聲場對固-液體的浸取速率和提取率的影響。

（二）吸附與脫附強化

在物理吸附和脫附過程中，溶質在多孔材料內部以及溶液主體與吸附表面之間的濃差擴散構成了傳質過程的主要阻力。因此，減小傳質邊界層厚度，增加孔內的蠕動，可以提高總傳質效率和速率，超聲波在這些方面具有傳統(tǒng)的攪拌混合等機械方法所無可比擬的優(yōu)點。

（三）結晶過程

對于過飽和溶液，超聲波能夠刺激新相的形成，增加成核速率，提高分散程度，干擾晶體的長大，控制顆粒的形貌，因此它可以作為一種控制結晶過程的重要手段。結果表明，在聲場作用下結晶成核過程可以在低過飽和度下實現(xiàn)，所得晶核較其它方法均勻、完整、光潔，晶粒尺寸分布范圍較窄。

三、結束語

聲化學是一門新興的交叉學科，其作用機制主要是超聲空化產生的機械效應和化學效應。超聲波對化工過程的強化機理尚需深入地研究，且必須針對化工單元過程的實際特征，正確地把握聲能與物質間獨特的相互作用形式，從化學工程的角度分析超聲場的附加作用，這樣才能對深入研究提出比較有效的建議。目前聲化學的研究正處于蓬勃發(fā)展的階段，從過程強化的角度來講，超聲波技術可以推廣應用于過程速率受界面效應控制的任何過程與體系，因此將超聲波與傳統(tǒng)技術相耦合必將為傳統(tǒng)的化學工業(yè)帶來新的活力。

參考文獻：

[1]Kenneth S Suslick.The chemistry of ultrasound.The Year book of Science the Future[M].Chicago：Encyclopaedia Britannica，1994.138.

[2]Thompson L H，Doraiswamy L K.Sonochemistry：science and engineering Industrial Engineering chemistry Research[J].1999，38（4）：1 215.

[3]胡輝，宋一麟，方屹，周春兒，陶鳳崗.超聲波作用下制備取代硼酸[J].有機化學，1997，（17）：478 480.

[4]孫海州，李基森.超聲波作用下烯醉硅醚環(huán)丙化反應的研究[J].有機化學，1998，（18）：550 555.