煤炭仍然是世界上使用最广泛的化石燃料，占全球发电量的40%。预计其在全球能源供应结构中的主导地位将持续到2050年[1]。目前，煤炭在中国能源系统中发挥着极其关键的作用，大约70%的电力来自燃煤电厂[2]。近年来，中国经济的快速增长推动了能源需求的空前增长，高品质煤炭的需求量不断增加。因此，高效利用低阶煤炭已成为可持续能源发展中的关键研究重点。低阶煤炭具有丰富的储量、成本效益高和化学活性强等优点，在能源转换过程中具有巨大的应用潜力[3,4]。泡沫浮选是一种基于粒子疏水性差异进行选择性分离的技术，广泛应用于细煤和矿物颗粒的选矿[5],[6],[7],[8]，全球约有40%的煤炭通过泡沫浮选进行提纯[9],[10],[11]。
低阶煤炭约占中国煤炭储量的50%。长焰煤是一种典型的低阶煤炭，占总低阶煤炭储量的40%左右。它属于低变质的烟煤，仅比褐煤稍微变质程度高一些[12]。长焰煤表面含有丰富的含氧官能团，如羟基、羧基和羰基[13],[14],[15],[16]。这些含氧官能团具有很强的极性，容易与浆液中的极性水分子形成氢键，使水分子定向吸附在煤表面并形成结构稳定的水化膜，从而降低煤的疏水性[14,15,17]。此外，长焰煤表面具有更多的孔隙、更大的孔隙体积和更大的比表面积[18,19]。这些特性使得传统的油基浮选剂难以在浮选过程中吸附和扩散在煤表面，因此需要使用大量的试剂来保证高产率的清洁煤炭回收，从而增加了浮选成本[20]。
为应对低阶/氧化煤炭浮选带来的挑战，研究人员进行了广泛的研究并提出了多种技术方法。在预处理方面，夏等人发现研磨预处理可以提高弱氧化煤炭的浮选性[21]。徐等人提出了一种使用浮选剂的研磨预处理方法，可以降低产品的灰分含量并提高回收率，同时减少浮选剂的消耗[22]。冯和奥尔德里奇开发了超声波预处理和高强度制浆技术，发现预处理可以产生更小的气泡和更稳定的浮选泡沫，显著提高了氧化煤炭的浮选率和回收率[23]。Çınar对土耳其褐煤进行低温热处理的研究表明，加热后褐煤的浮选性显著提高[24]。Safak Gokhan Ozkan等人研究了常规热处理和微波热处理对低阶和高阶褐煤润湿性的影响，结果表明两种热处理都提高了煤炭样品的浮选性。为了获得更好的浮选效果，常规热处理更适合低阶褐煤，而微波热处理更适合高阶褐煤[25]。甄等人研究了低温热解对长焰煤颗粒润湿性和浮选性的影响，发现低温热解过程提高了煤炭的浮选性能[26]。在工艺方面，连等人使用离子液体微乳液作为浮选剂来提高低阶煤炭的浮选效率，浮选试验表明该微乳液浮选剂表现出优异的收集性能[27]。乔等人研究了一种新型的空化纳米气泡处理工艺，用于提高细煤的浮选效果，浮选试验表明该工艺显著提高了浮选产率并降低了清洁煤炭的灰分含量[28]。
在浮选剂开发方面，王和孔对用乳化浮选剂处理的长焰煤进行了浮选动力学分析，发现加入煤油和4-DDP后浮选回收率显著提高[29]。夏等人报告称，低浓度的十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）可以增强十二烷在低阶煤表面的吸附[9]。程等人使用乳化废食用油浮选剂（EWFOC），发现其提高了浮选性能，使清洁煤炭的产率更高，灰分含量更低[30]。王和陶利用高速成像技术观察了去离子溶液中空气和油气泡在低阶煤表面的三相接触（TPC）线的形成行为，结果表明油气泡比空气气泡具有更强的疏水性，从而促进了泡沫矿化的增强[31]。朱等人研究了活性油气泡在低阶煤表面的粘附行为，提出使用活性油气泡可以提高浮选分离效率[32]。目前，陈和孙研究了氧化浮选剂在低阶煤炭浮选中的性能，张等人探索了从氧化废食用油中制备长焰煤浮选剂的方法。这两项研究表明，向浮选剂中添加极性分子有利于低阶煤炭的浮选[33,34]。尽管进行了大量的研究工作，但工业应用尚未实现，长焰煤浮选仍面临诸多挑战。
在这项研究中，我们开发了一种含有极性和非极性分子的新型浮选剂，旨在提高长焰煤的浮选效率并减少浮选剂的用量。在本研究中，将一种短链阳离子表面活性剂引入浮选剂体系。研究表明，虽然这种添加剂在煤和矸石表面都能非选择性吸附，但其短的疏水链不足以单独诱导矸石的疏水化和浮选。然而，其关键作用在于作为共吸附剂，显著提高了主要非极性浮选剂在煤表面的吸附效率和牢固附着。这种协同共吸附机制最终显著提高了浮选的选择性，同时保持了较高的可燃物回收率。使用XRD和FTIR对长焰煤原始样品进行了表征。通过接触角测量、颗粒-气泡碰撞与粘附实验、试剂表面张力测量、气泡-煤粘附力测量以及浮选动力学，全面探讨了SDNF对煤表面疏水性和浮选动力学的影响。还使用XPS分析了不同试剂处理后的煤样品的表面官能团。
