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本文由Xiaoyang Liu、Shengyu Liu、Minqiang Fan及Lei Zhang撰写，所属机构为太原理工大学采矿工程学院，研究成果刊登在 Fuel 杂志2017年第197卷第474至481页，具体出版时间为2017年2月。通讯作者为S. Liu，其邮箱地址为liusytyut@sina.com。
本研究聚焦于褐煤亲水性这一在燃料利用领域中的关键问题。褐煤由于含有高含量的氧化功能基团（如羧基、羟基、羰基和甲氧基），表现出较强的亲水性，从而导致其保水性强，水分含量高。这种特性直接影响褐煤在脱水、煤浆化、浮选、以及煤堆自燃等工业过程中的性能，尤其是在通过燃烧用作火力发电燃料时降低了褐煤的利用效率。然而，传统的褐煤脱水技术复杂且成本高昂。因此，研究人员尝试通过表面活性剂吸附的方法减少褐煤的亲水性。本研究的目标是探讨阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）吸附后对褐煤亲水性的抑制机制，分析CTAB在不同功能基团及矿物成分表面的分布特性，以及这种分布如何影响褐煤表面的改性。
本研究主要分为以下几个部分： 1. 材料制备：包括褐煤样品的筛选、干燥及去矿物质处理； 2. 吸附实验：对CTAB与褐煤表面的相互作用进行实验探究； 3. 表征分析：通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热湿润实验（Calvet微量热量计）及X射线光电子能谱（XPS）对吸附后的褐煤表面进行分析； 4. 数据分析与解释：结合实验数据，探讨吸附CTAB对褐煤亲水性的抑制效应及其驱动机制。
研究所用褐煤样品源自中国芒来，用酸性溶液（HF、HCl）对样品进行去矿物质处理，从而得到去矿物质后的样品（DFL）。所有样品处理后均经373K下真空干燥2小时。同时，本研究以工业级矿物质样品（高岭土、石英及方解石）为对比分析对象。
在标准条件下（298K，溶液浓度范围内的不同CTAB浓度，如50至400mg/L），研究了CTAB在褐煤及DFL样品表面的吸附情况，动平衡时间为120分钟，通过分光光度法测量溶液中的剩余CTAB浓度，并配合Langmuir等温吸附模型进行分析。
实验数据包括吸附量、湿润热及XPS组成数据，通过多个公式计算抑制效率（IE）及吸附层厚度。此外，通过分析特定结合能区的峰拟合，得出了不同官能团贡献的定量数据。
随着CTAB浓度的升高，褐煤及DFL样品对表面活性剂的吸附经历了三个阶段： 1. 快速吸附阶段：CTAB首先与褐煤表面含氧功能基团发生强静电作用，通过形成单分子层的方式快速吸附。 2. 吸附平衡阶段：在一定浓度范围（如100-200mg/L）内，吸附量趋于平衡，符合Langmuir等温吸附模型。 3. 多分子层吸附阶段：在较高浓度（如≥300mg/L）下，CTAB可能形成半胶束或多分子层。
此外，与DFL相比，原始褐煤的吸附容量显著较高，表明矿物质（特别是高岭土）对CTAB吸附具有显著影响。但总吸附量的差异主要源于氧化官能团的变化。
湿润热实验表明，CTAB吸附后样品的湿润热显著降低，表明亲水性得到了显著抑制。结果还显示： - 对于亲水性较强的原始褐煤，抑制效果更明显； - 过量吸附（CTAB浓度≥400mg/L）可能导致多分子层吸附，从而对亲水性的抑制效率下降。
XPS分析表明，CTAB优先覆盖含氧功能基团表面，尤其是COO-/COOH基团。这种选择性吸附受以下机制驱动： 1. COO-/COOH与CTAB的静电作用更强； 2. COO-/COOH的极性较高，对水分子的吸引力也较大，因此其覆盖有助于显著降低亲水性。
在高浓度CTAB溶液中，CTAB也开始覆盖矿物质表面，但对亲水性影响较小。
本研究系统探索了CTAB与褐煤表面的吸附行为及其对亲水性的影响，为理解和改进褐煤亲水性调控提供了有力的实验依据。关键结论包括： 1. CTAB有效减少了褐煤表面的亲水性，且浓度过低或过高均不利于最佳效果的实现； 2. 含氧功能基团是亲水性的主要来源，其覆盖状态决定了亲水性抑制的程度； 3. COO-/COOH基团在CTAB吸附和亲水性改变中起主导作用。
应用层面，本研究揭示了通过表面活性剂吸附来调控低级煤矿燃料水分的潜力，为工业脱水工艺的优化提供了科学支持。
研究成果体现了从基础科学机制到实际应用研究的结合，为进一步研究褐煤的表面工程和燃料性能优化奠定了基础。