捕收剂与矿物颗粒表面的相互作用是决定浮选效率的前提条件,捕收剂在浮选过程中可以产生疏水引力以克服静电排斥作用。目前关于捕收剂在煤表面的吸附动力学与热力学已进行了广泛研究,而捕收剂分子在煤表面的微纳力学作用机制及界面液膜排液与界面吸附结构仍不清晰。从多尺度研究不同溶液环境及表面化学条件下油类捕收剂与煤表面的相互作用机理,揭示油类捕收剂界面吸附结构、界面作用力学行为及液膜时空演化机制,可为煤浮选捕收剂分子筛选设计提供理论借鉴。论文首先基于分子模拟技术,从原子/分子尺度研究了煤模型表面润湿行为及油滴在煤模型表面的结构、动力学及能量行为。接着利用原子力显微镜化学力谱,从微纳尺度分析了捕收剂类型、表面润湿性及盐离子浓度对油分子与煤模型表面相互作用影响机制,进一步研究了煤和油分子官能团之间的相互作用以及分子链长对相互作用力的影响,并借助DLVO/EDLVO理论解析了力学行为。随后采用薄膜分析仪,从介观尺度研究了非极性/极性烃类油滴与煤模型表面间的液膜薄化破裂行为,并理论计算了宽尺度条件下接近速度、油滴尺寸及驱动距离对液膜的影响机理。最后从宏观尺度开展了捕收剂粘附及浮选试验研究。主要结论如下:疏水表面有一层水分子排空区,这可能是表面存在疏水力的原因,烃类油分子易于在其表面吸附。亲水表面上存在密度大、排列有序的水化膜结构,亲水表面通过氢键吸附着大量水分子,致使非极性烷烃分子难以吸附,而极性十一酸分子可通过头基氧原子与表面氢原子形成氢键而发生弱粘附。烃类油在CH₃表面平衡接触角遵循:壬烷<辛醇<壬酸<辛胺。烃类油在OH及COOH表面平衡接触角大于CH₃表面,接触角均遵循:壬烷>辛醇>壬酸>辛胺。OH及COOH表面呈亲水特性,因此非极性的壬烷难以吸附铺展,平衡接触角较大。浓度分布曲线表明壬烷吸附更为贴近于CH₃表面,而壬酸及辛胺与OH及COOH表面吸附较为紧密。非极性烃类油在疏水表面具有较大的扩散系数和相互作用能,而极性烃类油在亲水表面具有较大的扩散系数和相互作用能。疏水力主导疏水煤模型表面与NH₄⁺、OH、COOH和CH₃改性探针相互作用过程,EDLVO理论可以很好地拟合试验数据,衰减长度是决定疏水力的核心参数,烃类油分子与疏水煤模型表面的相互作用遵循:十一烷>十一醇>十一酸>十一胺盐酸盐。高浓度盐离子条件能屏蔽静电斥力,提高相互作用力。亲水煤模型表面与NH₄⁺、OH、COOH和CH₃改性探针没有疏水力作用,始终表现为排斥作用,排斥作用遵循:十一胺盐酸盐<十一醇<十一酸<十一烷。低盐离子浓度条件下可采用DLVO理论进行描述油分子与煤表面相互作用,因高盐离子浓度将屏蔽静电斥力,仅需考虑范德华力。疏水力的存在使得疏水基团间的相互作用力较大,改性探针与煤模型表面间粘附力遵循:RCH₃/RCH₃>CH₃/RCOOH>RCOOH/RCOOH。不同链长的非极性烃类油与疏水表面的相互作用遵循:C₈H₁₈11H₂₄18H₃₈,即油分子链长越长,相互作用越强。水滴与疏水表面的空气膜会发生破裂,临界破裂厚度极小;水滴与亲水表面间空气膜亦会发生破裂,且薄化速率较快。烃类油与疏水表面间的润湿膜会发生破裂,而与亲水表面的润湿膜是稳定膜,烃类油-煤模型表面相互作用力及油-水界面张力协同影响液膜时空演化。增大液滴尺寸或接近速度将增大水动力压从而提高接近过程中的排斥作用,同时分离过程中的流体卷吸作用也将增加液滴-表面的引力作用。快速提高接近速度,液滴没有充足的时间让液膜发生薄化,从而使膜厚增加。增大油滴驱动距离将增大接近过程中的斥力作用,但对分离过程中的引力作用没有影响。空气中正辛烷、正辛醇及正辛酸与疏水/亲水煤模型表面的接触角差异较小,并且遵循正辛烷<正辛醇<正辛酸,表面张力主导粘附过程。液相条件下油滴在疏水和亲水表面的接触角差异很大,归因于分子间相互作用力的不同。疏水表面接触角遵循正辛烷>正辛醇>正辛酸,是由于界面张力遵循正辛烷>正辛醇>正辛酸,油-水界面张力造成接触角的差异。极性捕收剂对无烟煤浮选效果较好,推测是由于极性捕收剂界面张力低,有利于粘附和铺展。极性捕收剂对低阶煤浮选效果也较好,不仅是由于极性的正辛醇及正辛酸铺展效果好,同时是由于极性捕收剂与低阶煤表面含氧基团可通过氢键键合。