煤泥水处理是湿法选煤中一个重要的环节,而高泥化煤泥水中含有蒙脱石、高岭石等粘土矿物,为煤泥水处理带来了很大的困难。本文以微细粒蒙脱石为研究对象,采用量子力学/分子动力学相结合的方法研究蒙脱石的结构和表面性质,水分子、阳离子和疏水改性药剂在蒙脱石界面的吸附机理及动力学特性,并通过疏水聚团沉降试验后上清液透光率、絮团形貌、接触角和药剂吸附量测量等实验手段对理论计算进行验证,揭示蒙脱石界面调控微观机理,为实现微细蒙脱石颗粒界面选择性调控提供理论基础。得出主要结论如下:（1）根据表面性质和水分子吸附的密度泛函理论模拟结果,Mg²⁺→Al³⁺取代的蒙脱石表面氧六元环中具有明显的电负性,是平衡阳离子和有机物分子的正电性基团的稳定吸附位置;阳离子主要通过静电作用吸附到蒙脱石（001）层面上;二价阳离子的吸附能大于一价阳离子,且在Al³⁺→Si⁴⁺取代的蒙脱石表面上的吸附能比Mg²⁺→Al³⁺取代的蒙脱石上大。钠蒙脱石（001）层面上的Na+和周围的表面O原子是反应活性点,分别容易受到亲核和亲电攻击;（010）端面上-SiOH和-AlOH2组分最容易发生去质子化反应;而-AlOH和-SiOAl-组分最容易发生质子化反应。单个水分子主要通过O原子和Na+间的静电作用吸附在Na-MMT（001）层面上,而通过其H或O与表面-OH或-OH2组分间的氢键作用吸附在（010）端面上,吸附能分别为-82.97kJ/mol和-62.71kJ/mol。当吸附三个以上水分子时,"水-水"、"水-离子"和"水-表面"之间开始发生竞争作用,使更多水分子配位到Na+周围,且Na+有离开表面的趋势。（2）根据水分子在蒙脱石表面吸附的分子动力学模拟结果,当水覆盖率从2/3 ML增大到4/3 ML时表面对Na+的束缚减小使Na+从表面往体相水中移动,从内球配位结构转变成外球配位结构;当水覆盖率从2/3 ML增大到8/3 ML时,界面处逐渐形成第一、第二和第三水分子层。（3）根据疏水改性药剂在蒙脱石吸附的密度泛函理论模拟结果,烷基胺类阳离子主要通过静电作用和N-H…O氢键作用吸附到蒙脱石表面氧六元环上方。长链的C12烷基胺类阳离子的吸附能分别为-312.43 kJ/mol、-265.18 kJ/mol、-257.30 kJ/mol和-220.54 kJ/mol,大小顺序为:十二烷基伯胺>十二烷基仲胺>十二烷基叔胺>十二烷基季铵。C12～18烷基伯胺和季铵阳离子的吸附能均随着碳链增长而增大,但是当碳链增长到C₁₆后吸附能不再增大。（4）根据疏水改性药剂在蒙脱石/水界面处吸附的分子动力学模拟结果,体系平衡后在蒙脱石/水界面处阴离子型表面活性剂（十二烷基羧酸分子和阴离子）以及阳离子型表面活性剂（十二烷基伯胺分子）均离开表面初始吸附位置发生自聚团现象,即无疏水改性作用;而十二烷基伯胺阳离子仍然像初始结构中情况一样以极性头基吸附在表面上,非极性碳链朝向溶液中,并通过疏水缔合作用吸引到一起,起到疏水改性作用。溶液pH的调控对阳离子型烷基伯胺类表面活性剂的疏水调控具有重要作用,改性效果随pH降低先增大后逐渐减小,当pH在8左右时,表面吸附的胺离子刚好中和表面负电荷,剩余的表面空间被胺分子占据,改性药剂能形成紧密有序的半胶束结构,改性效果最好;药剂浓度越大和烷基碳链越长,疏水改性效果越好,但当浓度超过单层覆盖率1ML（每个表面氧六元环被一个药剂结构占据）,以及碳链长度超过C₁₆后,改性效果转而降低。（5）接触角和吸附量测试结果表明,大小顺序均是十二烷基伯胺>十二烷基仲胺>十二烷基叔胺>十二烷基季铵。蒙脱石表面接触角和吸附量均随着十二烷基胺类的浓度增大而增大,到1×10^-3mol/L以后,基本不再变化。随着pH值从4左右增大到10左右时先增大后减小,在pH=8时,达到最大值。接触角随着碳链C_n的增长而变大,到C₁₆后,不再变化。上清液透光率、絮团形貌特征、接触角和吸附量等试验测试结果和理论计算结果高度一致,理论计算可以为矿物界面疏水调控药剂的选择及设计,以及溶液环境的控制提供坚实的理论支持。