煤泥水絮凝效率本质上是由煤炭本身的化学结构所决定的,因而研究煤炭的化学结构对提高煤泥水的处理效率具有重要的意义。颗粒表面较强的负电性使得煤泥水呈现难沉降的特性,这在低阶煤的煤泥水中尤为凸出。从煤炭本身的化学结构出发,研究煤炭表面电负性的成因以及影响因素是提高煤泥水处理效率的关键问题之一。本文通过电位滴定、ζ电位测试初步分析了不同煤阶煤炭的化学结构,并利用13C-NMR测定煤炭的结构参数,分析结构参数与等电位点(IEP)的关系。依据测试结果,构建煤炭的分子模型,通过量子化学和分子动力学计算,从微观层面分析脱灰煤炭表面化学结构与ζ电位的关系,解释部分煤泥水ζ电位绝对值较大的原因,为难沉降煤泥水的处理提供理论依据。分析13C-NMR谱图,发现所有煤样主要包括芳香碳和脂肪碳两个峰群。随着煤阶的升高,芳碳的比例逐渐增加,到了无烟煤阶段,几乎所有碳原子都以芳碳的形式存在。等电位点(IEP)随着faC、falO增加而减小;f’a、faH、faB增加意味着煤炭芳环结构上侧链基团减少,质子化芳碳比例增加,会增加煤炭的疏水性和IEP。含氧官能团模型化合物与H3O+体系的结合能在-200 kJ/mol左右,远超过一般分子间的弱相互作用。氢离子与含氧官能团之间的Mayer键级超过0.5,电子定域函数(ELF)的盆空间积分2,说明煤炭表面对H3O+的吸附以化学吸附为主。计算发现π电子云引起的负电势具有可叠加性,芳香核结构模型与H3O+之间的结合能随着苯环数量的增加,这说明了高阶煤更加容易吸附H3O+。依据13C-NMR测试结果构建煤炭的结构单元模型,并分析表面静电势,发现长焰煤和气煤静电势的极值点主要分布在含氧官能团附近,而焦煤和无烟煤的极值点则分布在稠环芳烃附近。随着煤阶的升高,煤炭结构单元模型表面非极性区域面积由39.68%增至52.40%。H2O以单分子层的形式存在于煤炭表面;H3O+虽然没有明显的吸附层结构,但在界面附近仍旧有较大的密度。H2O容易扩散至长焰煤、气煤内部,而焦煤和无烟煤内部几乎没有H2O。H2O之间的平均氢键键长为1.77 A,与煤炭种类和H3O+数量无关。H3O+能够破坏水体中原有的半有序结构,在酸性环境中,煤炭表面水化膜结构稳定性降低。水分子不足以覆盖煤炭表面时,优先吸附在含氧官能团和模型表面z值较小处;当水分子数恰好完全覆盖模型表面后,煤炭表面会逐步形成水化膜结构。煤炭表面的水化膜形成初始阶段主要是表面含氧官能团和水分子之间的氢键作用,长焰煤等低阶煤拥有较多的极性基团更容易发生水化作用。当煤炭表面开始形成水化膜后,后续水化膜厚度的增加主要是水分子间的氢键作用。该论文有图31幅,表20个,参考文献115篇。