在甲醇和汽油溶解过程中可以采用不同的方式促使甲醇与汽油相互溶合，如机械搅拌方法，采用叶片搅拌、齿轮泵加波纹管、高压喷射等措施对甲醇汽油实施搅拌。研究结果表明，直接混合或机械混合的预混方法是行不通的，目前通常使用化学方法，加入添加剂。在甲醇和汽油混合燃料加入助溶剂是改善互溶性的有效措施。有无助溶剂，甲醇和汽油的互溶性有很大区别。

助溶剂可以单独使用也可以复配使用，目前常用的单组分助溶剂一般包括以下几种：①高级醇与脂肪烃。②低碳杂醇、芳香族化合物。③甲基叔丁基醚（MTBE）等醚类。④碳酸二甲酯（DMC）等甲酯类。助溶剂复配后助溶效果明显大于单独使用，复配助溶剂通常选择醚类、高级醇、脂肪烃、低碳杂醇、芳香族化合物、酯类。

1.醇类

醇由烷烃链和醇羟基组成，通式为ROH，其醇羟基能与甲醇形成氢键，烷烃链能与直馏汽油形成分子间作用力，当两者作用力达到平衡时，体系处于相稳定状态，甲醇和汽油则稳定相溶。

西安石油大学杨程程在-37.0～40.0℃实验温度范围内，分别对有水和无水体系中正构醇和异构醇对甲醇汽油互溶性的影响进行了研究。结果表明：C3～C8正构醇、正癸醇、异丙醇、叔丁醇和异戊醇对M15、M30、M50、M65和M85甲醇-直馏汽油无水体系和含水体系皆有不同程度的相稳定作用效果，除去M15和M30含水体系，乙醇对其他体系也起到一定的相稳定作用。醇作为助溶剂影响甲醇汽油稳定性的因素是碳数多少、主碳链长短和异构化程度。对于正构醇而言，在无水体系中C4以上醇的作用效果远好于正丙醇和乙醇，且随着相分离温度降低各正构醇的作用效果差异越明显，在低比例甲醇-直馏汽油含水体系中，正戊醇和正丁醇表现出较好的相稳定作用效果，C5以上正构醇作用效果较差，随着甲醇比例增大，C5以上正构醇逐渐表现出较好的作用效果。对于互为异构体的各醇而言，在各无水体系中作用效果主要取决于醇的碳数多少和主碳链长短，该实验中除了异丙醇的作用效果好于正丙醇外，随着醇碳数增多，主碳链越长，醇的作用效果越好，在各含水体系中，醇的异构化削弱了醇对含水体系相稳定的作用效果，使得正构醇作用效果都好于其对应的异构醇。

陈月也以C4～C8几种不同的低碳醇作助溶剂对甲醇汽油互溶性的影响进行了研究，结果表明：

1）各种醇类的效果不同，随甲醇含量的增加，醇类助溶剂的用量逐渐减少。

2）助溶剂对甲醇汽油遇水抗相分离能力影响从大到小依次为1-辛醇、异辛醇、正已醇、正戊醇、叔丁醇、异戊醇、庚醇、正丁醇、异丁醇、环己醇、异丙醇，同时1-辛醇的用量随甲醇含量的增加减少的最快。

3）随着助溶剂疏水基团碳原子数的增加，助溶剂的抗水效果越好，相同碳原子数的直链醇比支链醇效果好，正丁醇的抗水性能比异丁醇略好，这一点和增溶理论相符合，碳原子数越大，临界胶束浓度越低，聚集数增加，增溶作用加强，亲油基部分带有分支结构的表面活性剂增溶作用较直链的小。

综上所述，以醇类作为甲醇汽油的助溶剂能够很好地改善甲醇汽油的稳定性，以及遇水抗相分离性，并且醇作为助溶剂影响甲醇汽油稳定性的因素主要是碳原子数多少、主碳链长短，以及异构化程度。

2.甲基叔丁基醚（MTBE）

甲基叔丁基醚（MTBE）是一种无色透明、黏度低的可挥发性液体，具有特殊气味，含氧质量分数为18.2%的有机醚类，分子式为CH₃OC（CH_3）3。MTBE最初是作为提高汽油辛烷值的汽油调和组分开始被人们注意，用来代替剧毒抗爆剂甲乙基铅使用的。但是，MT-BE极易溶解于水中，主要由于地下和地上汽油储罐的泄漏，美国在地下饮用水体中越来越多地发现了MTBE，并且MTBE即使在很低浓度也会导致水质恶化，美国环保局已将MTBE列为人类可能的致癌物质。目前，世界汽油用MTBE现有年生产能力超过2100万t，在禁用MTBE的呼声日益高涨的情况下，MTBE本身的生存将受到严峻考验。

MTBE中含有一个氧原子，氧原子可以与水和甲醇形成氢键，MTBE中碳链在分子间作用力的作用下与汽油中的烃类分子结合，在两种力的共同作用下，使得甲醇能够分散在汽油当中，这就是MTBE作为甲醇汽油助溶剂的助溶原理。

杨学军等对MTBE作为甲醇汽油助溶剂进行了研究，通过在固定温度下往不同比例的甲醇汽油中添加MTBE直至互溶，通过记录MTBE的添加量来判断其对甲醇汽油互溶性的影响，试验结果如图9-1表明：MTBE的加入可以改善甲醇汽油的互溶性，分层温度每降低10℃，需要多加入质量分数2%～3%的MTBE，甲醇质量分数在20%～60%时所需的MTBE用量最多；并且，MTBE的加入提高了甲醇汽油的遇水抗相分离性，温度一定时，甲醇汽油体系中添加质量分数5%的MTBE后抗水性能为不添加MTBE允许水含量的4倍。同时，其在试验中也对比了MT-BE和混醇的助溶效果，混醇的助溶效果要好于MTBE的助溶效果，每增加质量分数1%的MTBE，甲醇汽油混合体系的分层温度平均下降4℃多，而每增加质量分数1%的混醇，分层温度平均下降8℃多。

MTBE的助溶效果低于混醇的原因主要是由于MTBE中的叔丁基对氧原子与水、甲醇形成氢键具有一定阻碍作用，而混醇中的亲水基羟基能与甲醇和水以氢键连接，因此MTBE的助溶效果低于混醇。

图9-l 混醇与MTBE助溶效果的比较

3.碳酸二甲酯等酯类(www.daowen.com)

碳酸二甲酯（DMC）是一种重要的有机化工中间体，分子式为C₃H₆O₃，其分子结构中含有羰基、甲基、甲氧基和羰基甲氧基。DMC常温下为无色液体，与其他溶剂相比，DMC具有闪点高、蒸气压低、空气中爆炸极限高等特点，在储运、使用中安全性高，且毒性数据优于其他溶剂，对人体的危害小，作为溶剂的清洁性较好。张武平等对甲醇汽油中加入DMC对其稳定性影响进行了研究，结果表明，DMC的添加量越多，甲醇汽油混合体系的抗水性能越好，在甲醇汽油中每增加1%的DMC后，分层温度降低了1.9～3.2℃；并且DMC分子结果中没有C—C、C＝C键，可以降低燃烧时产生的炭烟和微粒。

杨程程针对乙酸酯等酯类对甲醇汽油互溶性的影响进行了研究，结果表明乙酸酯对M15、M30、M50、M65和M85甲醇-直馏汽油无水体系和含水体系皆有不同程度的相稳定作用效果，低碳数的乙酸正构醇酯表现出较好的相稳定作用效果，随着甲醇含量的增大，碳原子数越多的乙酸正构醇酯逐渐表现出较好的相稳定作用效果。究其原因，乙酸酯中烷氧基能与甲醇形成氢键，其烷（烯）烃链与直馏汽油有分子间作用力，当两者作用力达到平衡时，体系处于相稳定状态。因此，碳酸二甲酯和乙酸酯等脂类对甲醇汽油的互溶性也有促进作用。

4.表面活性剂

表面活性剂最重要的结构特征就是分子结构的不对称性，表面活性剂分子分为两部分，一部分是亲水基团，为表面活性剂的亲水极性部分，另一部分为疏水基团或者亲油基团，是非极性部分。因此，表面活性剂既可以溶解在极性溶剂，如水中；又可以溶解在非极性溶剂中，具有两亲性质。当表面活性剂分子溶解于水中时，该分子的亲水基团受到周围水分子的吸引，留在极性较强的水相中，而非极性基团受到水分子的排斥从水中溢出，朝向非极性溶液相，在表面上形成表面活性剂分子吸附层。即使表面活性剂的浓度很低，也能在异相界面发生界面吸附，从而明显降低表面张力或界面张力，使得界面呈活化状态。在极性的甲醇和非极性的汽油混合溶液中加入表面活性剂，可以改善甲醇和汽油的互溶性。

对于微乳增容作用的表面活性剂的选择通常根据亲水—亲油平衡值（HLB）、相似相溶原理以及微乳液的形成机理来选择，尽量选择憎水基团的结构和燃油主要组分的分子结构相似的表面活性剂。HLB值表示表面活性剂亲水、亲油性强弱的指标，HLB值越大，其亲水性越强，HLB值越小，其亲油性越强，不同HLB值表面活性剂的应用见表9-1。HLB值在3～6之间的乳化剂可以形成微乳液。单一表面活性剂配制的汽油微乳液稳定性较差，而两种表面活性剂复配可提高微乳液的稳定性。在油水界面上，离子型表面活性剂的离子间会产生静电作用力，使表面活性剂在界面上排列得更紧密。而不同类型表面活性剂在油水界面上可相互促进吸附，界面总吸附量大于单一表面活性剂，界面膜强度大，乳液更稳定。汽油微乳液体系中存在一个最佳的表面活性剂复配比，如果偏离最佳复配比，离子间的相互作用过强或过弱，都会导致乳化剂的总吸附量降低，界面膜被破坏，乳液稳定性变差。

表9-1 不同HLB值表面活性剂的应用

一些研究者也使用表面活性剂作为甲醇汽油相稳定剂，制备成微乳液。例如，石欣使用吐温-80和十二烷基磺酸钠，使甲醇与汽油有机地溶合，稳定性能好，长期储存不分层。石世伦使用了非离子型乳化剂，选择自相对分子质量为950～1050的聚乙二醇、烷基酚聚氧乙烯醚、烷基苯基聚氧乙烯醚或它们的混合物，在不改变现有发动机结构的情况下，可使甲醇体积分数高达94.0%～98.0%。赵永祥等用脂肪醇聚氧乙烯醚、吐温-60、司盘-80或它们的混合物与一些烷烃和醇制备出一种甲醇汽油复合纳米添加剂，该复合纳米添加剂可以添加到各种牌号的甲醇汽油中，使其不发生分层。

5.复配助溶剂

助溶剂可以单独使用也可以复配使用，一般来说复配使用较为常见。这是因为助溶剂复配具有协同效应，助溶剂复配后助溶效果明显大于单独使用。复配助溶剂通常选择醚类、高级醇、脂肪烃、低碳杂醇、芳香族化合物、酯类复配。复配助溶剂的协同效应可以用Hilde_- brand和SCott的经验溶解度参数σ进行解释

σ=（E/V_m）^1/2≈（ΔU/V_m）1/2 （9-1）

式中 E——单位体积的摩尔内聚能；

V_m——溶剂的摩尔体积；

ΔU——溶剂气化能，在低于正常沸点温度下，ΔU和E大致相等。

通常，优良溶剂的σ值接近溶质的σ值，两种溶剂中一种σ值高于溶质，另一种低于溶质，则两种溶剂的混合物要优于单独使用一种。助溶剂复配之所以会有较明显的协同效应，应该就是由于助溶剂的复配相当于对σ值进行了较之单一助溶剂精确的微调，使混合溶剂σ值更加接近于甲醇的σ值，从而提高了溶剂体系对甲醇的溶解能力。

成易用异丙醇、混合苯、石油醚和正丁醇的混合液制成甲醇汽油相稳定剂，使40%～50%（体积分数）的汽油与甲醇能很好地互溶，且互溶速度较快。杨春强将正丁醇、乙醇、丙酮、叔丁醇和十二醇以一定的比例混合作为甲醇汽油相稳定剂，该剂既能使甲醇汽油在-10～30℃下放置6个月不分层，又可提高甲醇汽油抗爆性。曹玉忠等用乙醇、异丙醚、碳酸二甲酯、异丙醇、叔丁醇、乙醚、甲基叔丁基醚和乙酸乙酯的混合液作为一种车用甲醇汽油相稳定剂，该剂在提高甲醇汽油互溶性的同时，还可以增强甲醇汽油的动力性。