Sonokemialliset

Sonokemialliset tarkoittavat kemiallisia reaktioita ja ilmiöitä, jotka tapahtuvat ultrasonisen säteilyn vaikutuksesta nesteissä. Ultrasoni aiheuttaa kavitaatiota, mikrokuplien muodostumista ja romahtamista, jolloin paikallisesti syntyy erittäin suuria lämpötiloja ja paineita sekä radikaaleja reaktiivisia lajeja. Näiden hetkellisten olosuhteiden avulla voidaan kiihdyttää tai mahdollistaa reittejä, joita tavallisissa oloissa ei saavuteta.

Keskeinen mekanismi on kavitaatio: kuplien muodostus ja romahtaminen, mikä johtaa kemiallisiin reaktioihin radi kalustosti ja lämpökestoisen ympäristön sijaan. Vesiliuoksissa muodostuu erityisesti hydroksiradikaaleja (HO•), jotka voivat hajottaa monia orgaanisia ja epäorgaanisia yhdisteitä. Sonokemiallisia reaktioita voidaan toteuttaa yksinään tai yhdessä muiden menetelmien kanssa.

Historiallisesti alan kehitys sai vauhtia 1980-luvulla Suslickin tutkimusryhmän töiden myötä, ja siitä eteenpäin sovellukset ovat laajentuneet useille aloille— erityisesti nanomateriaalien syntetisöintiin, orgaanisten yhdisteiden valmistukseen sekä ympäristöteknologiaan. Ultrasoniset järjestelmät käyttävät tyypillisesti 20 kHz–1 MHz taajuuksia, ja niitä toteutetaan sekä bath- että kärkityypeillä.

Sovellukset kattavat metallisten nanopartikkelien (esim. Au, Ag, Pt) muodostamisen, orgaanisten yhdisteiden nopean synteesin sekä ympäristöhaitta-aineiden hajoamisen vesiliuoksissa. Lisäksi ultrasoni voi tehostaa sekoitusta, emulsioiden muodostusta ja katalyyttisiä prosesseja sekä mahdollistaa energiatehokkaita prosesseja pienissä ja keskisuurissa laitoksissa.

Edut ja haasteet: lyhyet reaktioaikaa ja mahdollisuus tehdä joissakin tapauksissa ilman raskaita lisäaineita ovat etuja, mutta skaalautuvuus, prosessien toistettavuus ja energiankulutus sekä laitteiston kustannukset muodostavat keskeisiä haasteita. Kavitaation aiheuttama kuluminen ja turvallisuusnäkökohdat on otettava huomioon.