煤炭是我国的主体能源,选煤是煤炭清洁利用的必经之路,而固液分离是煤炭洗选加工行业的主要难点之一。工业生产中通常采用絮凝-沉降-脱水工艺进行煤泥固液分离,加入无机盐或高分子药剂进行絮凝是强化固液分离的主要手段,然而传统工业应用与理论研究工作主要集中在药剂的宏观应用效果和影响因素上,对于药剂在煤泥界面吸附行为和作用机理的研究不够完善,不能满足现阶段对固液分离基础理论认识的要求。本文采用耗散石英微晶天平（QCM-D）原位揭示了不同无机盐和高分子药剂在模型煤表面（无定形碳）和蒙脱石上的吸附脱附行为、动力学过程、吸附层构型等,以及水质条件对高分子药剂吸附的影响和高分子药剂的架桥连接作用;在此基础上,采用分子模拟研究了煤的微观结构特性、纳米尺度润湿性、水/高分子药剂在煤和蒙脱石表面吸附的动力学行为,并结合平衡构型、能量贡献、密度分布、径向分布函数、作用能等进行分析。得出的主要结论有:（1）无机盐在无定形碳表面的吸附量随浓度和价态的增加而增加,NaCl、KCl、MgCl2、CaCl2、AlCl3表现为单段吸附,吸附完全可逆或部分可逆;FeCl3溶液表现为多段吸附,每段吸附层密实程度均不同,吸附不可逆;碱性条件下,CaCl2和FeCl3在无定形碳表面产生的吸附量比酸性条件下更高,CaCl2溶液同FeCl3溶液一样在吸附过程中表现出了多段吸附特性,为不完全可逆吸附,说明无机盐的不可逆吸附行为与Ca（OH）2、Fe（OH）3等金属氢氧化物的存在有关;德拜长度和双电层厚度随着无机盐价态或浓度的增加而降低,三价AlCl3/FeCl3环境下,存在电荷倒置现象,使颗粒电位为零的浓度是最佳浓度,此时静电斥能最低,最有利颗粒凝聚,低于该浓度时,三价无机盐的对静电斥能的降低效果要远远优于一价和二价无机盐;高于该浓度时,颗粒电位为正,随着浓度的增加,三价无机盐对静电斥能的降低效果会逐渐弱于二价无机盐。（2）聚丙烯酰胺在无定形碳表面表现出两段吸附特性,在短时间内吸附到了无定形碳表面后,随着表面有效吸附位的减少,吸附速率降低,吸附层逐渐变松散,由于聚丙烯酰胺分子可以通过范德华作用发生分子间缔合,最先吸附至表面的聚丙烯酰胺分子层可以进一步从溶液中吸附其余聚丙烯酰胺分子,因而吸附量可以持续增加,不能达到吸附平衡;阳离子聚丙烯酰胺可以在5min内达到吸附平衡,随着吸附量增加,吸附层先变松散,然后密实程度保持不变;阳离子聚丙烯酰胺与无定性碳作用最强,其次为聚丙烯酰胺,吸附均完全不可逆,阴离子聚丙烯酰胺几乎不能与无定形碳表面作用。（3）无机盐对聚丙烯酰胺在无定形碳表面的吸附量影响较小,但可提高其吸附速率;无机盐抑制阳离子聚丙烯酰胺的吸附,抑制作用随无机盐价态或浓度升高而增强;二价和三价无机盐可以显著促进阴离子聚丙烯酰胺的吸附,阴离子聚丙烯酰胺的吸附量随无机盐价态或浓度的升高而增加,吸附过程中,吸附层先变松散,然后变密实,表明阴离子聚丙烯酰胺在无定形碳表面的吸附原理是“金属阳离子桥接作用”,形成了金属阳离子与阴离子聚丙烯酰胺交替吸附的现象,导致阴离子聚丙烯酰胺在无定形碳表面即使经历15h也不能达到吸附平衡。（4）蒙脱石在氧化铝表面的吸附量随pH的降低而增加,其原理是pH的降低导致正电性氧化铝表面和负电性蒙脱石颗粒间的静电引力增强;阳离子聚丙烯酰胺在氧化铝和预吸附蒙脱石颗粒的氧化铝表面的吸附量最高,其次为聚丙烯酰胺,阴离子聚丙烯酰胺吸附量最低;进一步研究表明,阳离子聚丙烯酰胺对蒙脱石颗粒的架桥连接作用极强,聚丙烯酰胺次之,而阴离子聚丙烯酰胺几乎不能架桥连接蒙脱石颗粒。（5）分子模拟结果表明:水与煤表面含氧官能团作用的吸附能最高,其次为含氮官能团,与含硫官能团和碳氢官能团的作用最弱,含氧官能团中对水分子的吸附作用最强的是羟基和羧基;液相中,煤与聚丙烯酰胺有强烈的配位作用趋势,聚丙烯酰胺的优先吸附使得煤-水间的配位趋势降低,聚丙烯酰胺在煤表面的吸附主要依靠范德华作用,其次为静电作用和氢键作用,范德华能贡献了总吸附能的80%左右,虽然氢键作用有一定贡献,但占比较低（1.95%）。（6）聚丙烯酰胺及其衍生物中,阳离子官能团（N（CH3）3+）与蒙脱石表面作用最强,其次为酰胺官能团（CONH2）,阴离子官能团（COO-）作用最弱,前两者为吸附作用,阴离子官能团为排斥作用;不同电荷量的阳离子聚丙烯酰胺均可通过阳离子官能团和酰胺官能团的吸附作用与蒙脱石保持吸附,但在较高电荷量下,阳离子官能团的相互排斥和空间位阻作用使其吸附层变得松散;对于阴离子聚丙烯酰胺,电荷量较低时,酰胺官能团占主导,可与蒙脱石保持吸附,电荷量较高时,阴离子官能团占主导,因而吸附作用减弱。本文的研究工作为固液分离药剂的选择及设计提供了理论依据,同时为研究金属离子和高分子药剂的吸附行为及机理提供了新途径,不但对深化固液分离理论具有重要的科学意义,而且对水资源与矿物资源的高效循环和综合利用具有一定的现实意义。