So sánh hiệu suất nguyên tử của 4 phương pháp điều chế methanol

Hiệu suất nguyên tử (Atom Economy, viết tắt là AE) là một khái niệm trong hóa học xanh (Green Chemistry). Hiệu suất nguyên tử là một giá trị lí thuyết và cố định cho một phương trình phản ứng tổng cộng điều chế một chất từ các nguyên liệu (chất phản ứng) và được xác định bởi công thức:
AE (%) = [khối lượng mol (g/mol) của sản phẩm mong muốn] / [tổng khối lượng mol (g/mol) của các chất phản ứng]
Một ví dụ quá trình điều chế acetic acid bằng phương pháp lên men ethyl alcohol như sau:
CH₃CH₂OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O
Tổng khối lượng mol (g/mol) của các chất phản ứng: 46 (ethyl alcohol) + 32 (oxygen) = 78. Khối lượng mol (g/mol) của sản phẩm mong muốn (acetic acid) là 60. Hiệu suất nguyên tử là 60/(46 + 32) = 76,9%.
Cho các phương pháp điều chế methanol từ methane như sau:
• Phương pháp 1:
CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ (1.1)
CO + 2H₂ → CH₃OH (1.2)
• Phương pháp 2:
CH₄ + ½O₂ → CH₃OH (2)
• Phương pháp 3:
CH₄ + Br₂ → CH₃Br + HBr (3.1)
CH₃Br + NaOH → CH₃OH + NaBr (3.2)
• Phương pháp 4:
CH₄ + O₂ → HCHO + H₂O (4.1)
HCHO + H₂ → CH₃OH (4.2)
Sắp xếp theo trình tự tăng dần hiệu suất nguyên tử các phương pháp đó thành bộ bốn số liên tiếp nhau. (VD: 1234, 4321,…).