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摘 要：超声波由于空化作用产生的一系列效应，会对不同化学化工过程起到相应的作用，效果明显，因而得到不同程度的工业应用及推广。
关键词：超声波；化工；应用；
中图分类号：TQ021 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-03-00-02
近20多年来，超声波越来越多地应用于化学化工领域。超声波作用原理可用加速搅拌和加速物质传递来解释，也可用空穴效应及由此引发的物理、化学变化来解释液体的声空化过程是集中声场能量并释放的过程。也就是受超声波辐射的液体产生的微小泡泡会在其周围极小的空间产生出5000k以上的高温和超过1013×105KPa的高压，温度变化率高达109K/S，并且伴随强烈的冲击波和时速高达400Km/h的射流[1][2]，这些能量足以断开结合力强的化学键，并促进化学反应（包括氧化、还原、取代分子破碎以及自由基引发的聚合、降解等化学反应，使很多以往不能进行或难以进行的反应顺利进行，提高化学反应速率、增加产率、改善目的产物的选择性）和对化工过程产生积极的影响（使许多过程得到有效地改善和强化），更重要的是超声波作为一种方便、迅速、有效、安全的技术大大优越于传统的搅、外加热等热力学手段。本文将就超声波在化学化工领域中的应用研究作简要介绍。
一、超声波在有机合成中的应用
（一）取代反应
超声波应用于取代反应中的例子非常多，其中不少具有一定的使用价值。如在工业上，用啸声反应器加速很重要的油、脂、腊的水解，从而获得价格低廉的产品。
1、水解反应。研究者发现：正常的水解反应若施以 超声波，反应条件可温和许多，而且速度增加且与温度成正比，这种现象在硝基苯酯的碱性水解中可以观察到，其水解速度增加了15%，而与分子结构无关。
2、烷基化反应。超声波对冠化合物的N-烷基化有很大促进，不仅条件温和而且提高了产率，如：
3、单取代硼酸的制取[3]。单取代硼酸是一类有用的合成中间体，与传统方法相比，在超声波作用下以硼酸三丁酯为原料与卤代烃、金属镁粉，室温条件下即可制备单取代硼酸。
这个反应中，超声波对它的促进作用相当明显，反应用的THF，仅需KOH烘干即可，不再需要严格的无水无氧条件，反应速度快，特别是加入少量碘后，反应几乎瞬间完成，而没有引发期。
（二）氧化反应
天然的木质素在超声波作用下会被氧化成香兰素，并且产率提高了约3倍。
（三）还原反应
近年来还原反应是有机声化学的研究热点，如在超声波作用下用氢化铝锂还原几种杂原子———卤素键（在己烷和环己烷中）：
利用过渡金属还原脂芳烃卤化物或芳基卤化物有很多方法。但芳基氯化物是极难被还原的。在超声波辐射下，以NiCl2-Zn-H2O为还原剂，不仅其他的卤化物很容易还原朊卤，且芳基氯化物也是很容易还原：
（四）成环反应
成环反应中分子内成环研究较多，对于烯醇硅醚环丙化的反应[4]。超声波方法条件温和，无剧烈的放热过程，因而可用于大量制备：
对于下面的反应，用超声合成α-氨基乙酰胺[8]，大缩短反应时间，提高了产品回收率：
（五）开环反应
玻沃反应、缩合反应、偶联反应，还有一些重要的人名反应，在超声波的作用下，都有不同程度的好效果。当然，超声波有时会使科学家们感到困惑，对于挥发性溶剂，超声分解就要困难得多。
二、超声波在化工中的应用
（一）固液萃取強化
近年来，食品或塑料等固体样品中微量成分的超声萃取已经成为分析化学中的一种常规手段。超声空化可以改善那些以植物根茎为原料的萃取过程.超声萃取也被用于医药生产行业，例如螺旋藻和黄连素的超声萃取。超声波可进黄连素的提取，又不改变黄连素的结构。秦炜等以乙醇萃取姜黄色素为例研究了超声场对固-液体的浸取速率和提取率的影响。
（二）吸附与脱附强化
在物理吸附和脱附过程中，溶质在多孔材料内部以及溶液主体与吸附表面之间的浓差扩散构成了传质过程的主要阻力。因此，减小传质边界层厚度，增加孔内的蠕动，可以提高总传质效率和速率，超声波在这些方面具有传统的搅拌混合等机械方法所无可比拟的优点。
（三）结晶过程
对于过饱和溶液，超声波能够刺激新相的形成，增加成核速率，提高分散程度，干扰晶体的长大，控制颗粒的形貌，因此它可以作为一种控制结晶过程的重要手段。结果表明，在声场作用下结晶成核过程可以在低过饱和度下实现，所得晶核较其它方法均匀、完整、光洁，晶粒尺寸分布范围较窄。
三、结束语
声化学是一门新兴的交叉学科，其作用机制主要是超声空化产生的机械效应和化学效应。超声波对化工过程的强化机理尚需深入地研究，且必须针对化工单元过程的实际特征，正确地把握声能与物质间独特的相互作用形式，从化学工程的角度分析超声场的附加作用，这样才能对深入研究提出比较有效的建议。目前声化学的研究正处于蓬勃发展的阶段，从过程强化的角度来讲，超声波技术可以推广应用于过程速率受界面效应控制的任何过程与体系，因此将超声波与传统技术相耦合必将为传统的化学工业带来新的活力。
参考文献：
[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]胡辉，宋一麟，方屹，周春儿，陶凤岗.超声波作用下制备取代硼酸[J].有机化学，1997，（17）：478 480.
[4]孙海州，李基森.超声波作用下烯醉硅醚环丙化反应的研究[J].有机化学，1998，（18）：550 555.
关键词：超声波；化工；应用；
中图分类号：TQ021 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-03-00-02
近20多年来，超声波越来越多地应用于化学化工领域。超声波作用原理可用加速搅拌和加速物质传递来解释，也可用空穴效应及由此引发的物理、化学变化来解释液体的声空化过程是集中声场能量并释放的过程。也就是受超声波辐射的液体产生的微小泡泡会在其周围极小的空间产生出5000k以上的高温和超过1013×105KPa的高压，温度变化率高达109K/S，并且伴随强烈的冲击波和时速高达400Km/h的射流[1][2]，这些能量足以断开结合力强的化学键，并促进化学反应（包括氧化、还原、取代分子破碎以及自由基引发的聚合、降解等化学反应，使很多以往不能进行或难以进行的反应顺利进行，提高化学反应速率、增加产率、改善目的产物的选择性）和对化工过程产生积极的影响（使许多过程得到有效地改善和强化），更重要的是超声波作为一种方便、迅速、有效、安全的技术大大优越于传统的搅、外加热等热力学手段。本文将就超声波在化学化工领域中的应用研究作简要介绍。
一、超声波在有机合成中的应用
（一）取代反应
超声波应用于取代反应中的例子非常多，其中不少具有一定的使用价值。如在工业上，用啸声反应器加速很重要的油、脂、腊的水解，从而获得价格低廉的产品。
1、水解反应。研究者发现：正常的水解反应若施以 超声波，反应条件可温和许多，而且速度增加且与温度成正比，这种现象在硝基苯酯的碱性水解中可以观察到，其水解速度增加了15%，而与分子结构无关。
2、烷基化反应。超声波对冠化合物的N-烷基化有很大促进，不仅条件温和而且提高了产率，如：
3、单取代硼酸的制取[3]。单取代硼酸是一类有用的合成中间体，与传统方法相比，在超声波作用下以硼酸三丁酯为原料与卤代烃、金属镁粉，室温条件下即可制备单取代硼酸。
这个反应中，超声波对它的促进作用相当明显，反应用的THF，仅需KOH烘干即可，不再需要严格的无水无氧条件，反应速度快，特别是加入少量碘后，反应几乎瞬间完成，而没有引发期。
（二）氧化反应
天然的木质素在超声波作用下会被氧化成香兰素，并且产率提高了约3倍。
（三）还原反应
近年来还原反应是有机声化学的研究热点，如在超声波作用下用氢化铝锂还原几种杂原子———卤素键（在己烷和环己烷中）：
利用过渡金属还原脂芳烃卤化物或芳基卤化物有很多方法。但芳基氯化物是极难被还原的。在超声波辐射下，以NiCl2-Zn-H2O为还原剂，不仅其他的卤化物很容易还原朊卤，且芳基氯化物也是很容易还原：
（四）成环反应
成环反应中分子内成环研究较多，对于烯醇硅醚环丙化的反应[4]。超声波方法条件温和，无剧烈的放热过程，因而可用于大量制备：
对于下面的反应，用超声合成α-氨基乙酰胺[8]，大缩短反应时间，提高了产品回收率：
（五）开环反应
玻沃反应、缩合反应、偶联反应，还有一些重要的人名反应，在超声波的作用下，都有不同程度的好效果。当然，超声波有时会使科学家们感到困惑，对于挥发性溶剂，超声分解就要困难得多。
二、超声波在化工中的应用
（一）固液萃取強化
近年来，食品或塑料等固体样品中微量成分的超声萃取已经成为分析化学中的一种常规手段。超声空化可以改善那些以植物根茎为原料的萃取过程.超声萃取也被用于医药生产行业，例如螺旋藻和黄连素的超声萃取。超声波可进黄连素的提取，又不改变黄连素的结构。秦炜等以乙醇萃取姜黄色素为例研究了超声场对固-液体的浸取速率和提取率的影响。
（二）吸附与脱附强化
在物理吸附和脱附过程中，溶质在多孔材料内部以及溶液主体与吸附表面之间的浓差扩散构成了传质过程的主要阻力。因此，减小传质边界层厚度，增加孔内的蠕动，可以提高总传质效率和速率，超声波在这些方面具有传统的搅拌混合等机械方法所无可比拟的优点。
（三）结晶过程
对于过饱和溶液，超声波能够刺激新相的形成，增加成核速率，提高分散程度，干扰晶体的长大，控制颗粒的形貌，因此它可以作为一种控制结晶过程的重要手段。结果表明，在声场作用下结晶成核过程可以在低过饱和度下实现，所得晶核较其它方法均匀、完整、光洁，晶粒尺寸分布范围较窄。
三、结束语
声化学是一门新兴的交叉学科，其作用机制主要是超声空化产生的机械效应和化学效应。超声波对化工过程的强化机理尚需深入地研究，且必须针对化工单元过程的实际特征，正确地把握声能与物质间独特的相互作用形式，从化学工程的角度分析超声场的附加作用，这样才能对深入研究提出比较有效的建议。目前声化学的研究正处于蓬勃发展的阶段，从过程强化的角度来讲，超声波技术可以推广应用于过程速率受界面效应控制的任何过程与体系，因此将超声波与传统技术相耦合必将为传统的化学工业带来新的活力。
参考文献：
[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]胡辉，宋一麟，方屹，周春儿，陶凤岗.超声波作用下制备取代硼酸[J].有机化学，1997，（17）：478 480.
[4]孙海州，李基森.超声波作用下烯醉硅醚环丙化反应的研究[J].有机化学，1998，（18）：550 555.