ソノケミストリー：応用ノート

ソノケミストリーとは、超音波キャビテーションが化学系に及ぼす作用です。キャビテーションの「ホットスポット」で生じる極端な条件により、高出力超音波は化学反応の成果（より高い収率、より良い品質）、転化率および反応時間を改善する非常に有効な方法となります。チタンやアルミニウムへのナノサイズのスズコーティングなど、超音波処理でのみ実現できる化学的変化もあります。

以下に、粒子と液体の例とともに、超音波ホモジナイザーを使用して粒子を粉砕、分散、解凝集または改質するための材料処理方法に関する推奨事項をご紹介します。

ソノケミカル反応を成功させるための超音波処理プロトコルを以下にご紹介します！

英語のアルファベット順：

α-エポキシケトン – 開環反応

超音波の用途：
α-エポキシケトンの触媒的開環を、超音波と光化学的方法の組み合わせによって行いました。光触媒として1-benzyl-2,4,6-triphenylpyridinium tetrafluoroborate（NBTPT）を使用しました。NBTPTの存在下で、これらの化合物に対する超音波処理（ソノケミストリー）と光化学を組み合わせることで、エポキシド環の開環が実現しました。超音波を使用すると、光誘起反応の速度が大幅に増加することが示されました。超音波は、主に反応物の効率的な物質移動とNBTPTの励起状態により、α-エポキシケトンの光触媒的開環に大きく影響する可能性があります。また、超音波処理を用いるこの均一系では、活性種間の電子移動も、超音波処理を行わない系より速く起こります。
より高い収率とより短い反応時間が、この方法の利点です。

超音波支援によるα-エポキシケトンの光触媒的開環（研究および図：©Memarian et al 2007）

超音波処理プロトコル：
α-エポキシケトン1a-fおよび1-benzyl-2,4,6-triphenylpyridinium tetrafluoroborate 2を、報告された手順に従って調製しました。メタノールはMerckから購入し、使用前に蒸留しました。超音波装置にはHielscher Ultrasonics GmbHのプローブ型超音波装置UP400Sを使用しました。S3超音波浸漬ホーン（プローブまたはソノトロードとも呼ばれます）のうち、24 kHzの超音波を発し、強度を最大音響出力密度460Wcm^-2 まで調整できるものを使用しました。超音波処理は100%（最大振幅210μm）で行いました。ソノトロードS3（最大浸漬深さ90mm）を反応混合物に直接浸漬しました。UV照射にはNarva製の400W高圧水銀ランプを使用し、Duranガラス内のサンプルを冷却しました。光生成物混合物の ¹H NMRスペクトルは、内部標準としてテトラメチルシラン（TMS）を含むCDCl₃ 溶液中で、Bruker drx-500（500 MHz）を用いて測定しました。分取層クロマトグラフィー（PLC）には、20 × 20cm² のプレートを使用し、その表面に厚さ1mmのMerckシリカゲルPF₂₅₄ 層を形成しました。この層は、シリカをスラリーとして塗布し、空気中で乾燥させて調製しました。すべての生成物は既知であり、そのスペクトルデータは以前に報告されています。
推奨装置：
UP400S と超音波ホーンS3
参考文献／研究論文：
Memarian, Hamid R.; Saffar-Teluri, A. (2007)：α-エポキシケトンの光音響化学的触媒開環。Beilstein Journal of Organic Chemistry 3/2, 2007.

アルミニウム／ニッケル触媒：Al/Ni合金のナノ構造化

超音波の用途：
Al/Ni粒子は、出発材料のAl/Ni合金をナノ構造化することにより、ソノケミカルに改質できます。これにより、アセトフェノンの水素化に有効な触媒が生成されます。
超音波によるAl/Ni触媒の調製：
市販のAl/Ni合金5gを精製水（50mL）中に分散させ、最大50分間、プローブ型超音波処理装置UIP1000hd（1kW, 20kHz）を用いて超音波処理しました。この装置は超音波ホーンBS2d22（ヘッド面積3.8 cm²）およびブースターB2-1.8を備えていました。最大強度は140 Wcm⁻² と算出され、そのときの機械的振幅は106μmでした。超音波処理中の温度上昇を避けるため、実験は恒温セル内で行いました。超音波処理後、ヒートガンを用いてサンプルを真空下で乾燥させました。
推奨装置：
UIP1000hd とソノトロードBS2d22およびブースターホーンB2–1.2
参考文献／研究論文：
Dulle, Jana; Nemeth, Silke; Skorb, Ekaterina V.; Irrgang, Torsten; Senker, Jürgen; Kempe, Rhett; Fery, Andreas; Andreeva, Daria V. (2012)：Al/Ni水素化触媒のソノケミカル活性化。Advanced Functional Materials 2012. DOI: 10.1002/adfm.201200437

MgO触媒を用いたバイオディーゼルのエステル交換

超音波の用途：
超音波処理装置UP200Sで連続的に超音波混合を行いながら、触媒量、メタノールと油のモル比、反応温度、反応時間などの各種パラメーターについてエステル交換反応を検討しました。バッチ実験には、すり合わせ接続の二口蓋を備えた硬質ガラス製反応器（300 ml、内径7 cm）を使用しました。一方の口には、超音波処理装置UP200S（200W, 24kHz）のチタン製ソノトロードS7（先端直径7 mm）を接続しました。超音波振幅は50%、サイクルは毎秒1回に設定しました。反応混合物は反応時間全体を通じて超音波処理しました。反応器室のもう一方の口には、蒸発したメタノールを還流させるため、特注の水冷式ステンレス鋼製冷却器を取り付けました。装置全体を、比例・積分・微分温度調節器で制御する恒温油浴に設置しました。温度は±1°Cの精度で最大65°Cまで上げることができます。バイオディーゼルのエステル交換の原料には廃油と純度99.9%のメタノールを使用しました。触媒には、煙から堆積させたナノサイズのMgO（マグネシウムリボン）を使用しました。
触媒1.5 wt%、メタノールと油のモル比5:1、55°Cで優れた転化結果が得られ、45分後に98.7%の転化率を達成しました。
推奨装置：
UP200S と超音波ソノトロードS7
参考文献／研究論文：
Sivakumar, P.; Sankaranarayanan, S.; Renganathan, S.; Sivakumar, P.()：煙から堆積させたナノMgO触媒を用いたソノケミカルなバイオディーゼル製造の研究。Bulletin of Chemical Reaction Engineering & Catalysis 8/ 2, 2013. 89–96.

カドミウム(II)–チオアセトアミドナノ複合材料の合成

超音波の用途：
ポリビニルアルコールの存在下および非存在下で、ソノケミカル法によりカドミウム(II)–チオアセトアミドナノ複合材料を合成しました。ソノケミカル合成（超音波合成）では、0.532 gの酢酸カドミウム(II)二水和物（Cd(CH3COO)2.2H2O）、0.148 gのチオアセトアミド（TAA, CH3CSNH2）および0.664 gのヨウ化カリウム（KI）を、20mLの二重蒸留脱イオン水に溶解しました。この溶液を、高出力プローブ型超音波処理装置UP400S（24 kHz, 400W）で室温にて1 hにわたり超音波処理しました。反応混合物の超音波処理中、鉄–constantin熱電対で測定した温度は70–80degCまで上昇しました。一時間後、鮮黄色の沈殿が形成されました。この沈殿を遠心分離（4,000 rpm, 15 min）で分離し、残留不純物を除去するため二重蒸留水、次いで無水エタノールで洗浄し、最後に空気中で乾燥させました（収量：0.915 g、収率：68%）。分解点は200°Cでした。高分子ナノ複合材料を調製するため、1.992 gのポリビニルアルコールを20 mLの二重蒸留脱イオン水に溶解し、上記の溶液に添加しました。この混合物を超音波プローブUP400Sで1 hにわたり超音波照射したところ、鮮橙色の生成物が形成されました。
SEMの結果から、PVAの存在下では粒子サイズが約38 nmから25 nmに減少することが示されました。次に、高分子ナノ複合材料であるカドミウム(II)–チオアセトアミド/PVAを前駆体として熱分解し、球状形態を持つ六方晶CdSナノ粒子を合成しました。CdSナノ粒子のサイズはXRDとSEMの両方で測定し、その結果は互いに非常によく一致しました。
Ranjbarら（2013）はまた、高分子Cd(II)ナノ複合材料が、興味深い形態を持つ硫化カドミウムナノ粒子の調製に適した前駆体であることも見いだしました。すべての結果から、超音波合成は、高温、長い反応時間、高圧などの特別な条件を必要とせず、ナノスケール材料を合成するための、簡単で効率的、低コストで環境に優しい、非常に有望な方法として有効に利用できることが示されました。
推奨装置：
UP400S
参考文献／研究論文：
Ranjbar, M.; Mostafa Yousefi, M.; Nozari, R.; Sheshmani, S. (2013)：カドミウム–チオアセトアミドナノ複合材料の合成および特性評価。Int. J. Nanosci. Nanotechnol. 9/4, 2013. 203–212.

CaCO3 – 超音波によるステアリン酸コーティング

超音波の用途：
ナノ沈降CaCO₃ （NPCC）にステアリン酸を超音波でコーティングし、ポリマー中での分散性を改善するとともに凝集を低減します。2gの未コーティングのナノ沈降CaCO₃ （NPCC）を、超音波処理装置UP400Sにより30mlのエタノール中で超音波処理しました。9 wt%のステアリン酸をエタノールに溶解しました。その後、ステアリン酸を含むエタノールを、超音波処理した懸濁液と混合しました。
推奨装置：
UP400S と直径22mmのソノトロード（H22D）、および冷却ジャケット付きフローセル
参考文献／研究論文：
Kow, K. W.; Abdullah, E. C.; Aziz, A. R. (2009)：ナノ沈降CaCO3のステアリン酸コーティングにおける超音波の効果。Asia‐Pacific Journal of Chemical Engineering 4/5, 2009. 807–813.

硝酸セリウムをドープしたシラン

超音波の用途：
冷間圧延炭素鋼板（6.5cm, 6.5cm, 0.3cm；化学洗浄および機械研磨済み）を金属基材として使用しました。コーティング前に、鋼板をアセトンで超音波洗浄し、次いでアルカリ溶液（0.3mol L1 NaOH溶液）を用いて60°Cで10分間洗浄しました。プライマーとして使用するため、基材の前処理前に、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン（γ-GPS）50部を含む標準的な配合物を、pH 4.5（酢酸で調整）で約950部のメタノールにより希釈し、シランを加水分解させました。硝酸セリウム顔料をドープしたシランの調製手順も同じですが、（γ-GPS）の添加前に硝酸セリウム1, 2, 3 wt%をメタノール溶液に加え、その後、この溶液をプロペラ撹拌機で室温にて1600 rpmで30分間混合しました。次に、硝酸セリウムを含む分散液を、外部冷却浴を用いて40°Cで30分間超音波処理しました。超音波処理には超音波処理装置UIP1000hd（1000W, 20 kHz）を使用し、投入超音波出力は約1 W/mLとしました。基材の前処理は、各鋼板を対応するシラン溶液で100秒間すすぐことにより行いました。処理後、鋼板を室温で24時間乾燥させ、前処理した鋼板に二液型アミン硬化エポキシ（Epon 828, shell Co.）を塗布し、湿潤膜厚を90μmとしました。エポキシを塗布した鋼板を115°Cで1時間硬化させました。エポキシ塗膜の硬化後、乾燥膜厚は約60μmでした。
推奨装置：
UIP1000hd
参考文献／研究論文：
Zaferani, S.H.; Peikari, M.; Zaarei, D.; Danaei, I. (2013)：硝酸セリウムを含むシラン前処理がエポキシ被覆鋼の陰極剥離特性に及ぼす電気化学的効果。Journal of Adhesion Science and Technology 27/22, 2013. 2411–2420.

銅–アルミニウム骨格：多孔質Cu-Al骨格の合成

超音波の用途：
金属酸化物で安定化された多孔質銅–アルミニウムは、貴金属や有害な金属を含まない、プロパン脱水素化用の有望な新しい代替触媒です。酸化された多孔質Cu–Al合金（金属スポンジ）の構造は、ラネー型金属に似ています。高出力超音波は、金属酸化物で安定化された多孔質銅–アルミニウム骨格を合成するためのグリーンケミストリーのツールです。これらは安価（製造コストは約3 EUR/リットル）で、この方法は容易にスケールアップできます。これらの新しい多孔質材料（または「金属スポンジ」）は、合金のバルクと酸化された表面を持ち、低温でプロパンの脱水素化を触媒できます。
超音波による触媒調製手順：
Al–Cu合金粉末五グラムを超純水（50mL）中に分散させ、60 min、Hielscherのプローブ型超音波処理装置UIP1000hd（20kHz、最大出力1000W）で超音波処理しました。このプローブ型超音波装置には、ソノトロードBS2d22（先端面積3.8cm²）およびブースターホーンB2–1.2を装備しました。最大強度は57 W/cm² と算出され、そのときの機械的振幅は81μmでした。処理中はサンプルを氷浴で冷却しました。処理後、サンプルを120°Cで24時間乾燥させました。
推奨装置：
UIP1000hd とソノトロードBS2d22およびブースターホーンB2–1.2
参考文献／研究論文：
Schäferhans, Jana; Gómez-Quero, Santiago; Andreeva, Daria V.; Rothenberg, Gadi (2011)：新規で有効な銅–アルミニウム系プロパン脱水素化触媒。Chem. Eur. J. 2011, 17, 12254–12256.

銅フタロシアニンの分解

超音波の用途：
金属フタロシアニンの脱色および分解
銅フタロシアニンを、水および有機溶媒とともに、室温・大気圧下で触媒量の酸化剤の存在下、fold-troughチャンバー付きの500W超音波処理装置UIP500hdを用いて、出力強度37–59 W/cm²で超音波処理します。条件は、サンプル5 mL（100 mg/L）、クロロホルムおよびピリジンを伴う50 D/D水、超音波振幅60%です。反応温度：20°C。
推奨装置：
UIP500hd

金：金ナノ粒子の形態改変

超音波の用途：
強力な超音波照射により金ナノ粒子の形態を改変しました。金ナノ粒子を融合させてダンベル状構造にするには、純水中および界面活性剤の存在下で20分間の超音波処理で十分であることがわかりました。60分間の超音波処理後、金ナノ粒子は水中でワーム状または環状の構造を形成します。ドデシル硫酸ナトリウムまたはドデシルアミン溶液の存在下では、超音波により球形または楕円形の融合ナノ粒子が形成されました。
超音波処理プロトコル：
超音波による改質では、あらかじめ形成した平均直径25nm（± 7nm）のクエン酸塩で保護された金ナノ粒子からなる金コロイド溶液を、密閉した反応器室（容積約50mL）内で超音波処理しました。金コロイド溶液（0.97 mmol·L^-1）に、高強度（40 W/cm^-2）の超音波を、チタン合金製ソノトロードBS2d18（先端直径0.7インチ）を装備したHielscher UIP1000hdT超音波処理装置（20kHz, 1000W）を用いて照射しました。ソノトロードは、超音波処理する溶液の表面下約2 cmまで浸漬しました。金コロイドにはアルゴン（O₂ < 2 ppmv, Air Liquid）を、超音波処理の20分前から処理中にかけて、200 mL·min^-1 の流量で通気し、溶液中の酸素を除去しました。クエン酸三ナトリウム二水和物を添加していない各界面活性剤溶液35 mLと、あらかじめ形成した金コロイド15 mLを添加により合わせ、超音波処理の20分前から処理中にかけてアルゴンガスをバブリングしました。
推奨装置：
UIP1000hd とソノトロードBS2d18およびフローセル反応器
参考文献／研究論文：
Radziuk, D.; Grigoriev,D.; Zhang, W.; Su, D.; Möhwald, H.; Shchukin, D. (2010)：あらかじめ形成した金ナノ粒子の超音波支援融合。Journal of Physical Chemistry C 114, 2010. 1835–1843.

無機肥料 – 分析のためのCu、CdおよびPbの浸出

超音波の用途：
分析を目的とした無機肥料からのCu、CdおよびPbの抽出：
銅、鉛、カドミウムの超音波抽出では、肥料と溶媒の混合物を含むサンプルを、VialTweeter超音波処理装置などの間接超音波処理用装置で超音波処理します。肥料サンプルは、2mLの50%（v/v）HNO₃ の存在下、ガラス管内で3分間超音波処理しました。Cu、CdおよびPbの抽出物は、フレーム原子吸光分析法（FAAS）で定量できます。
推奨装置：
VialTweeter
参考文献／研究論文：
Lima, A. F.; Richter, E. M.; Muñoz, R. A. A. (2011)：超音波支援抽出に基づく無機肥料中の金属定量の代替分析法。Journal of the Brazilian Chemical Society 22/ 8. 2011. 1519–1524.

ラテックスの合成

超音波の用途：
P(St-BA)ラテックスの調製
界面活性剤DBSAの存在下で乳化重合を行い、ポリ（スチレン-r-アクリル酸ブチル）P(St-BA)ラテックス粒子を合成しました。まず、三口フラスコ内でDBSA 1 gを水100mLに溶解し、溶液のpHを2.0に調整しました。St 2.80gとBA 8.40gの混合モノマーを、開始剤AIBN（0.168g）とともにDBSA溶液に注ぎました。1時間の磁気撹拌によりO/Wエマルションを調製し、続いて超音波ホーン（プローブ／ソノトロード）を装備した超音波処理装置UIP1000hdを用い、氷浴内でさらに30分間超音波処理しました。最後に、窒素雰囲気下、油浴中で90degCにて2時間重合を行いました。
推奨装置：
UIP1000hd
参考文献／研究論文：
不織布基材上におけるpoly(3,4-ethylenedioxythiophene)epoly(styrenesulfonic acid)（PEDOT:PSS）由来の柔軟な導電性フィルムの作製。Materials Chemistry and Physics 143, 2013. 143–148.
ラテックスの超音波合成について詳しくはこちらをご覧ください！

鉛の除去（超音波浸出）

超音波の用途：
汚染土壌からの鉛の超音波浸出：
超音波浸出実験には、20kHzの周波数で動作するチタン製超音波プローブ（直径14mm）を備えた超音波ホモジナイザーUP400Sを使用しました。超音波プローブ（ソノトロード）は熱量測定により校正し、すべての超音波浸出実験で超音波強度を51 ± 0.4 W cm^-2 に設定しました。超音波浸出実験では、平底のジャケット付きガラスセルを用い、25 ± 1°Cに温度を調節しました。超音波処理下で土壌浸出溶液（0.1L）として三種類の系を使用しました：6 mLの0.3 mol L^-2 の酢酸溶液（pH 3.24）、3%（v/v）硝酸溶液（pH 0.17）、および酢酸／酢酸塩緩衝液（pH 4.79）です。この緩衝液は、60mLの0.3 mol L^-1 の酢酸と19 mLの0.5 mol L^-1 のNaOHを混合して調製しました。超音波浸出後、ろ紙でサンプルをろ過して浸出液を土壌から分離し、続いて浸出液中の鉛を電析し、超音波処理後の土壌を分解処理しました。
超音波は、汚染土壌からの鉛の浸出を促進する有用なツールであることが実証されています。また、超音波は土壌から浸出可能な鉛をほぼ完全に除去する有効な方法であり、その結果、土壌の有害性を大幅に低減できます。
推奨装置：
UP400S とソノトロードH14
参考文献／研究論文：
Sandoval-González, A.; Silva-Martínez, S.; Blass-Amador, G. (2007)：土壌からの鉛除去のための超音波浸出と電気化学処理の併用。Journal of New Materials for Electrochemical Systems 10, 2007. 195–199.

PbS – 硫化鉛ナノ粒子の合成

超音波の用途：
室温で、酢酸鉛0.151 g（Pb(CH₃COO)2.3H₂O）およびTAA 0.03 g（CH₃CSNH₂）を、5mLのイオン液体 [EMIM] [EtSO₄]と二重蒸留水15mLを入れた50mLビーカーに加え、Hielscherの超音波処理装置UP200Sで7 min超音波照射しました。超音波プローブ／ソノトロードS1の先端は反応溶液に直接浸漬しました。形成された暗褐色の懸濁液を遠心分離して沈殿を取り出し、未反応試薬を除去するため、二重蒸留水とエタノールでそれぞれ二回洗浄しました。生成物の特性に対する超音波の影響を調べるため、比較サンプルをもう一つ調製しました。超音波照射を用いず24 h連続撹拌して生成物を調製する点を除き、反応パラメーターは一定に保ちました。
PbSナノ粒子の調製には、室温の含水イオン液体中で行う超音波支援合成が提案されました。この室温で行う環境に優しいグリーンな方法は、迅速でテンプレートを必要とせず、合成時間を著しく短縮し、複雑な合成手順を回避します。得られたナノクラスターは3.86 eVという非常に大きなブルーシフトを示します。これは、粒子が非常に小さいことと量子閉じ込め効果に起因すると考えられます。
推奨装置：
UP200S
参考文献／研究論文：
Behboudnia, M.; Habibi-Yangjeh, A.; Jafari-Tarzanag, Y.; Khodayari, A. (2008)：含水 [EMIM][EtSO4] イオン液体中での超音波照射を用いたPbSナノ粒子の簡便な室温調製および特性評価。Bulletin of Korean Chemical Society 29/ 1, 2008. 53–56.

フェノールの分解

超音波の用途：
Rokhinaら（2013）は、過酢酸（PAA）と不均一系触媒（MnO₂）を組み合わせ、超音波照射下で水溶液中のフェノールを分解しました。超音波処理には、固定周波数24 kHzで連続モードまたはパルスモード（すなわち4秒オン、2秒オフ）で処理できる400Wプローブ型超音波処理装置UP400Sを使用しました。系に投入・散逸する総出力、出力密度および出力強度の計算値は、それぞれ20 W、9.5×10^-2 W/cm^-3、14.3 W/cm^-2でした。実験全体を通じて出力は一定としました。反応器内の温度制御には浸漬型循環装置を使用しました。実際の超音波処理時間は4時間でしたが、パルスモードでの運転により、実際の反応時間は6時間でした。標準的な実験では、ガラス反応器にフェノール溶液100mL（1.05 mM）と、触媒MnO2およびPAA（2%）を適切な量で添加しました。その範囲はそれぞれ0–2 g L^-1 および0–150 ppmでした。すべての反応は中性付近のpH、大気圧、室温（22 ± 1 °C）で行いました。
超音波処理により、構造的な側面に変化を伴わず、触媒の表面積が増加して4倍になりました。ターンオーバー頻度（TOF）は、超音波を用いないプロセスと比較して、7 x 10^-3 から12.2 x 10^-3 min^-1に増加しました。さらに、触媒の顕著な溶出は検出されませんでした。比較的低い試薬濃度でのフェノールの等温酸化では、穏やかな条件下で高いフェノール除去率（最大89%）が示されました。概して、超音波は最初の60分間の酸化プロセスを加速しました（フェノール除去率70%に対し、超音波を用いない処理では40%）。
推奨装置：
UP400S
参考文献／研究論文：
Rokhina, E. V.; Makarova, K.; Lahtinen, M.; Golovina, E. A.; Van As, H.; Virkutyte, J. (2013)：超音波支援によるMnO₂ 触媒を用いた過酢酸のホモリシスによるフェノール分解：プロセスの化学および反応速度論の評価。Chemical Engineering Journal 221, 2013. 476–486.

フェノール：RuI₃ を触媒として用いたフェノールの酸化

超音波の用途：
RuI₃ 上での過酸化水素（H₂O₂）を用いた水中のフェノールの不均一系酸化：フェノール（100 ppm）をRuI₃ 触媒上で酸化する触媒反応を、磁気撹拌機と温度調節器を備えた100 mLガラス反応器で検討しました。触媒粒子を均一に分布させ、完全に懸濁させるため、反応混合物を800 rpmで1–6時間撹拌して十分に混合しました。超音波処理中は、キャビテーション気泡の振動と崩壊による擾乱自体が極めて効率的な混合をもたらすため、溶液の機械的撹拌は行いませんでした。溶液への超音波照射には、超音波装備を備えた超音波トランスデューサーUP400S（いわゆるプローブ型超音波処理装置）を使用しました。この装置は、固定周波数24 kHz、最大出力400Wで、連続モードまたはパルスモードで動作できます。
実験では、未処理のRuI₃ を触媒（0.5–2 gL^-1）として反応媒体に懸濁状態で導入し、その後H2O2（30%、濃度範囲200–1200 ppm）を添加しました。
Rokhinaらは、超音波照射が触媒の組織特性の改変に重要な役割を果たし、触媒粒子の断片化によって、より大きな表面積を持つ微細孔構造が生成されることを研究で見いだしました。さらに、触媒粒子の凝集を防ぎ、フェノールと過酸化水素が触媒の活性部位に到達しやすくする促進効果もありました。
超音波を用いない酸化プロセスと比較して、超音波支援プロセスの効率が二倍に増加したのは、触媒の触媒作用の改善と、水素結合の切断およびラジカルの再結合を通じた•OH、•HO2、•I₂ などの酸化種の生成によるものとされました。
推奨装置：
UP400S
参考文献／研究論文：
Rokhina, E. V.; Lahtinen, M.; Nolte, M. C. M.; Virkutyte, J. (2009)：超音波支援による不均一系ルテニウム触媒を用いたフェノールの湿式過酸化物酸化。Applied Catalysis B: Environmental 87, 2009. 162–170.

PLAでコーティングしたAg/ZnO粒子

超音波の用途：
Ag/ZnO粒子のPLAコーティング：PLAでコーティングしたAg/ZnOのマイクロ粒子およびサブマイクロ粒子を、水中油型エマルション溶媒蒸発法で調製しました。この方法は次のように行いました。まず、ポリマー400 mgをクロロホルム4 mlに溶解しました。得られたクロロホルム中のポリマー濃度は100 mg/mlでした。次に、各種界面活性剤系（乳化剤、PVA 8-88）の水溶液中で、ホモジナイザーにより24,000 rpmで連続撹拌しながら、ポリマー溶液を乳化しました。混合物を5 min撹拌し、その間、形成されるエマルションを氷で冷却しました。界面活性剤水溶液とPLAのクロロホルム溶液の比は、すべての実験で同一（4:1）としました。続いて、得られたエマルションをプローブ型超音波装置UP400S（400W, 24kHz）で5 min超音波処理し、サイクルは0.5、振幅は35%としました。最後に、調製したエマルションを三角フラスコに移して撹拌し、減圧下でエマルションから有機溶媒を蒸発させ、最終的に粒子懸濁液を形成しました。溶媒除去後、乳化剤を除去するために懸濁液を三回遠心分離しました。
推奨装置：
UP400S
参考文献／研究論文：
Kucharczyk, P.; Sedlarik, V.; Stloukal, P.; Bazant, P.; Koutny, M.; Gregorova, A.; Kreuh, D.; Kuritka, I. (2011)：ポリ（L-乳酸）でコーティングしたマイクロ波合成ハイブリッド抗菌粒子。Nanocon 2011.

ポリアニリン複合材料

超音波の用途：
水性自己ドープ型ナノポリアニリン（SPAni）複合材料（Sc-WB）の調製
水性SPAni複合材料を調製するため、ScCO2媒体中でのin-situ重合により合成したSPAni 0.3 grを水で希釈し、1000W超音波ホモジナイザーUIP1000hdで2分間超音波処理しました。次に、水性硬化剤マトリックス125 grを加えて懸濁生成物を15分間均質化し、最後に室温で5分間超音波処理しました。
推奨装置：
UIP1000hd
参考文献／研究論文：
Bagherzadeh, M.R.; Mousavinejad, T.; Akbarinezhad, E.; Ghanbarzadeh, A. (2013)：ScCO2中で合成した自己ドープ型ナノポリアニリンを含む水性エポキシコーティングの保護性能。2013.

多環芳香族炭化水素：ナフタレン、アセナフチレンおよびフェナントレンのソノケミカル分解

超音波の用途：
水中の多環芳香族炭化水素（PAH）であるナフタレン、アセナフチレン、フェナントレンをソノケミカルに分解するため、各対象PAHを50 µg/l（総初期濃度150 µg/l）含むサンプル混合物を20◦Cで超音波処理しました。超音波処理には、連続モードまたはパルスモードで動作できるホーン型超音波処理装置UP400S（400W, 24kHz）を使用しました。超音波処理装置UP400Sには、先端直径7 mmのチタン製プローブH7を装備しました。反応は200 mLの円筒形ガラス反応容器で行い、チタン製ホーンを反応容器の上部に取り付け、Oリングとテフロン製バルブで密閉しました。プロセス温度を制御するため、反応容器を水浴内に設置しました。光化学反応を避けるため、容器をアルミニウム箔で覆いました。
分析結果から、超音波処理時間の増加に伴ってPAHの転化率が増加することが示されました。
ナフタレンでは、超音波支援による転化率（超音波出力を150Wに設定）が、30分間の超音波処理後の77.6%から、60分間の超音波処理後の84.4%に増加しました。
アセナフチレンでは、超音波支援による転化率（超音波出力を150Wに設定）が、超音波出力150Wで30分間処理した後の77.6%から、150Wの超音波で60分間処理した後の84.4%に増加し、超音波出力150Wで30分間処理した後の80.7%から、60分間の超音波処理後の96.6%に増加しました。
フェナントレンでは、超音波支援による転化率（超音波出力を150Wに設定）が、30分間の超音波処理後の73.8%から、60分間の超音波処理後の83.0%に増加しました。
分解効率を高めるために二価鉄イオンを添加すると、過酸化水素をより効率的に利用できます。二価鉄イオンの添加には、フェントン様反応を模する相乗効果があることが示されています。
推奨装置：
UP400S とH7
参考文献／研究論文：
Psillakis, E.; Goula, G.; Kalogerakis, N.; Mantzavinos, D. (2004)：超音波照射による水溶液中の多環芳香族炭化水素の分解。Journal of Hazardous Materials B108, 2004. 95–102.

基材からの酸化物層の除去

超音波の用途：
Cu基材上にCuOナノワイヤーを成長させる前の基材調製として、Hielscher UP200Sを用いてサンプルを0.7 M塩酸中で2分間超音波処理し、Cu表面の自然酸化物層を除去しました。有機汚染物質を除去するため、サンプルをアセトン中で5分間超音波洗浄した後、脱イオン（DI）水で十分にすすぎ、圧縮空気で乾燥させました。
推奨装置：
UP200S または UP200St
参考文献／研究論文：
Mashock, M.; Yu, K.; Cui, S.; Mao, S.; Lu, G.; Chen, J. (2012)：表面に離散的なナノサイズのp−n接合を形成することによるCuOナノワイヤーのガス検知特性の調整。ACS Applied Materials & Interfaces 4, 2012. 4192–4199.

ボルタンメトリー実験

超音波の用途：
超音波で促進するボルタンメトリー実験には、ガラス製ホーン（先端直径13 mm）を装備したHielscherの200ワット超音波処理装置UP200Sを使用しました。超音波は8 W/cm^–2の強度で印加しました。
水溶液中でのナノ粒子の拡散速度が遅く、各ナノ粒子に多数の酸化還元中心があるため、ナノ粒子の直接溶液相ボルタンメトリーは吸着効果に支配されます。吸着による蓄積なしにナノ粒子を検出するには、（i）十分に高いナノ粒子濃度、（ii）信号対バックグラウンド比を改善する小型電極、または（iii）非常に速い物質移動を用いる実験手法を選択する必要があります。
そこでMcKenzieら（2012）は、高出力超音波を用いて、電極表面に向かうナノ粒子の物質移動速度を大幅に改善しました。その実験構成では、電極とホーンの距離を5 mm、超音波処理強度を8 W/cm^–2 とし、電極を高強度超音波に直接さらすことで、撹拌とキャビテーション洗浄を生じさせました。試験用の酸化還元系として、Ru(NH3)₆³⁺ の0.1 M KCl水溶液中での一電子還元を用い、これらの条件下で得られる物質移動速度を校正しました。
推奨装置：
UP200S または UP200St
参考文献／研究論文：
McKenzie, K. J.; Marken, F. (2001)：水溶液中およびスズドープ酸化インジウム上に吸着したナノ粒子状Fe2O3の直接電気化学。Pure Applied Chemistry, 73/ 12, 2001. 1885–1894.

ラボから産業規模までのソノケミカル反応用超音波処理装置

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