【背景及概况】[1][2][3]
汽油发动机产生爆震很大程度上与燃料性质有关，如果汽油很易氧化，形成的过氧化物不易分解，自燃点低，就很容易发生爆震现象。爆震是在正常火焰到达之前混合气的提前自燃现象，爆震现象的产生取决于发动机的工作条件和燃料的化学组成。为了避免发生爆震，可以降低汽油机的压缩比，但这样会使汽油机的热效率下降，造成油耗和汽车尾气污染物排放的增加，从经济性和环保角度来讲是不可行的，同时也违背了现代科学技术和汽车的发展规律，所以只能要求提高汽油的抗爆能来适应较高压缩比的汽油机。所以汽油抗爆性是汽油质量最重要的指标之一，通常用辛烷值来衡量。随着我国新的车用汽油标准的逐步实施，各炼厂正面临如何提高汽油辛烷值以满足对无铅、高辛烷值汽油需求的问题。由于汽油机中的爆震是一种链反应，可以采用在汽油中加入添加剂，使反应链中断，以提高汽油的辛烷值。这是目前最经济、最行之有效的方法之一。烷基铅、铁基化合物、锰基化合物连同后来有人研究的稀土羧酸盐等作为抗爆剂，统称为金属有灰类抗爆剂，加到汽油中的烷基铅(IV)，近年来已成为城市的很大的公害，排气中铅含量对人体的影响是十分令人担心的。1970年日本规定汽油的加铅量以四乙基铅为基准计算时为0.3ml/l以下，甚至进一步提出了无铅的方针。此外，铅的存在对排气净化装置的催化剂寿命也有很大的影响，今后如果采用无铅汽油时，会产生排气阀座的破损、阀座的锈蚀。我国自1997年以来，已禁止使用含铅汽油，因此金属有灰类抗爆剂虽能有效提高汽油的抗爆性，但由于存在颗粒物的排放问题，欧美等发达家已不再提倡使用。
近一段时期以来，汽油抗爆剂的开发研究一直朝着非金属抗爆剂方向发展。非金属抗爆主要包括一些醚类、醇类、酯类等。
【作用机理】[3]
非金属类抗爆剂通过将不饱和烃在速燃期变成环氧化合物，降低多个火焰中心的生成概率，减弱了向未燃区传递活性中心，增强油品的抗爆性能。此外，非金属抗爆剂中的环氧化合物自身在燃烧过程中添加了氧原子，使得燃烧更为彻底。在经济性上，由于其添加量较金属类抗爆剂较大，成本高，通常是两者混合使用。
【分类及应用】[3][4]
常见的非金属抗爆剂可以归为四大类醚类、醇类、酯类和亚甲基环戊二烯类，包括：苯胺及其衍生物（N -烷基苯胺、二甲基苯胺），烯烃聚合物及各种含氧有机化合物如甲醇、乙醇、异丙酮、叔丁酮、甲基叔丁基醚（MTBE）、乙基叔丁基醚（ETBE）、甲基叔戊基醚（TAME）、醋酸异丁酯等。
1. 醚类化合物
常见的作为非金属抗爆剂的醚类化合物主要有甲基叔丁基醚（MTBE）、甲基叔戊基醚（TAME）、乙基叔丁基醚（ETBE）、二异丙基醚（DIPE）等。醚类是提高辛烷值的品种，它们具有高辛烷值、低蒸气压和高燃烧热等突出优点，同时具有优异的燃料相容性和发动机性能，因而其用量不断增长。其中MTBE性能，MTBE与汽油调合时具有明显的正调合效应，并具有改善燃烧室清洁度和减少发动机磨损等特点，目前已有应用。当MTBE添加质量分数为2-7%时可将汽油研究法辛烷值提高2-3个单位。部分常作为抗爆剂的醚类的参数和性质如下：
2. 酯类化合物
酯类非金属抗爆剂主要有碳酸二甲酯、三甲基硅烷基乙酸叔丁酯、聚氧乙烯醚二羧酸酯等，为了提高汽油辛烷值，近年来在寻找优良的添加剂方面已做了大量工作，其中碳酸二甲酯DMC最受关注，被认为是最具发展前途的辛烷值改进剂。研究表明，加人DMC后，对汽油的饱和蒸气压、冰点和水溶性影响不大。DMC和MTBE相比，DMC的含氧量高，汽油中达到同样氧含量时，的添加体积只有的40%左右。对于催化汽油，具有相同的调合效应，但对直馏汽油，DMC的敏感度比差，当各加人体积分数为3%的DMC和MTBE后，直馏汽油的基础辛烷值分别由51上升到52.5和53.1，由此可见，DMC更适合于基础辛烷值大于的汽油的调和。
3. 醇类化合物
甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、叔丁醇等低碳醇或其混合物都已用作非金属抗爆剂。其混合物用作汽油添加剂具有与相似的功能，还有价格优势，用作汽油抗爆剂具有较大的市场潜力，其中，乙醇作为抗爆剂已经成功获得运用。成效的国家属美国和巴西。乙醇的辛烷值较高，而且也不需要其它较大分子醇作共溶剂，当体积分数为10%时，可使成品油辛烷值提高2-3个单位，这就意味着，在汽油中加人体积分数为10%的乙醇可使调和汽油升级，经济价值极为可观。近年来，我国政府开始推广乙醇汽油的使用，所用乙醇以玉米发酵法生产，具有与矿物燃料相似的燃料性能，而且其生产原料为生物源，是一种可再生能源。乙醇燃烧过程所排放的一氧化碳和含硫气体均低于同体积汽油燃烧排放，同时乙醇燃烧所产生的二氧化碳和作为原料的生物源生长所消耗的二氧化碳在数量上基本持平，这对减少大气污染及抑制“温室效应”意义重大，燃料乙醇也因此被称为“清洁燃料”。同时还可增加农民收人，因而具有广泛的社会效益。
4. 其它
目前正在研究的其它非金属抗爆剂还有酚类化合物、酸酐以及一些胺类。在这些方面，有研究做了广泛的实验，并与MTBE的添加效果作了比较，发现这些无灰类抗爆剂的效果明显优于MTBE。
1）邻甲酚型 Mannich 碱汽油抗爆剂：实验对比二丙氨甲基邻甲酚、2 或 4 -二乙氨甲基邻甲酚、2 或 4-二甲氨甲基邻甲酚表明，2 或 4-二乙氨甲基邻甲酚为 5% 体积分数，辛烷值为54的直馏汽油可提高到 63.7 ，辛烷值为 90.4的 90#汽油的可提高到 93.0 。
2）NY-02 直馏汽油抗爆剂：NY-02 汽油抗爆剂由山东科学院能源所研发，作用机理为：汽油机燃烧中的过氧化物与 NY-02 分解产物反应，生成氧化物并与有机过氧化物进一步反应，生产醛、酮等含氧烃，造成燃料混合气的自动氧化反应中断。
3）MTN 汽油抗爆剂：2003 年西安嘉德力精细石化公司开发出 MTN汽油抗爆剂。其为烷基聚合物、聚异丁烯基酰胺异辛酯等组分的有机复合物。
4）HS 抗爆剂：由陕西华森高科技有限公司研制，其最主要的优点是有效降低了尾气中 CO 和碳氢化合物的含量。此外，实验表明，发动机的启动性能和加速性能也得到一定程度的提高。据厂家说明，产品中不含金属、苯、芳烃、烯烃等物质。
5）“油公”燃油添加剂：深圳市日研科技有限公司研发，改型抗爆剂最重要的特点是一种核磁共振剂，而非传统的化学剂组分。以万分之一至万分之二的比例添加油公核磁共振传递剂，可以使油耗下降 18% 以上，动力增大20% 以上，但其机理还未能得到大多专家学者的认可，我国仅在广东地区部分中小企业使用过。
6）SHD -T 抗爆剂：SHD -T 是陕西省石油化工研究设计院新近开发的一种非金属抗爆剂，在榆林炼油厂及永坪炼油厂等多家单位进行的现场应用试验表明完全满足中石化 2011 年“车用汽油 8 项附加指标”要求，该品主要成分不含甲缩醛、N -甲基苯胺、碳酸二甲酯、醋酸仲丁酯等物质，不含锰、铁、铅等金属元素。
【制备】[5][6]
1. 非金属抗爆剂甲基叔丁基醚（MTBE）：主要有两种途径
1）以混合丁烯、甲醇为原料，在酸性离子交换树脂作用下生产MTBE，其催化剂一般使用以磺化苯乙烯二乙烯基苯共聚物为基础的大孔离子交换树脂。其反应式为：
2）以叔丁醇和甲醇为原料生产MTBE，其催化剂可以是氟代磷酸，也可以是酸性氧化铝或氧化硅。其反应式为：
2. 非金属抗爆剂乙基叔丁基醚（ETBE）：在适宜的压力、温度和催化剂存在的条件下，乙醇和异丁烯在液相中发生化学反应可制得ETBE，其反应式为
3. 非金属抗爆剂叔戊基甲基醚（TAME）：甲醇与活性异戊烯发生反应可制得TAME.在此反应中异戊烯首先被质子化得到叔丁基阳离子，此后叔丁基阳离子与亲质子的甲醇迅速进行反应，得到TAME，在氢型大孔强酸性阳离子交换树脂的催化作用下，反应过程为：
4. 非金属抗爆剂甲氧基异丁酸甲酯：以甲醇和甲基丙烯酸甲酯为原料，甲醇钠催化剂，对苯二酚为阻聚剂，进行烷氧基化反应制得。具体制备工艺条件及步骤如下：
在反应器中加入甲醇和甲醇钠，搅拌，待甲醇钠全部溶解后加入一定量的甲基丙 烯酸甲酯，回流反应2到4小时后，加入对苯二酚，溶解沸腾后停止搅拌，回流4小时，反应结束。用水洗涤反应液两次，分离、干燥，然后在真空度5.33kpa下蒸馏，收集76度馏分，即为即为甲氧基异丁酸甲酯产品。产物回收率80～90％。
【参考文献】
[1] 李跃, 王慧超, 杨栩. 新型汽油抗爆剂发展研究[J]. 广州化工, 2015, 43(15): 31-33.
[2] 刘俊华, 曹祖宾, 赵德智, 等. 汽油抗爆剂的研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2004, 24(3): 48-52.
[3] 姚海军, 杨永青, 常新林, 等. 汽油抗爆剂的研究现状和发展方向[J]. 材料導報, 2009, 23(11S): 442-445+ 451.
[4] 董君. 汽油抗爆剂使用现状及对汽油质量影响探讨[J]. 山东化工, 2013, 42(5): 63-67.
[5] 殷长龙, 夏道宏. 汽油锌烷值改进剂研究进展[J]. 石油大学学报: 自然科学版, 1998, 22(6): 129-133.
[6] 张成如.一种汽油辛烷值改进剂及制备方法. CN200910231010.5，申请日2009-12-11