煤泥水高效固液分离是选煤行业面临的技术难题，杂质缺陷诱导煤系黏土表面水化电负性显著增强是制约煤泥水高效沉降脱水的内因。创新性地从煤系黏土表面杂质缺陷形成机理出发，深入研究基于杂质缺陷的黏土表界面反应活性及其对煤泥颗粒间微观作用影响机制等科学问题。采用现代先进分析测试技术、胶体与界面化学理论、量子化学分子动力学模拟与试验验证相结合的研究方法，系统研究了不同低价金属阳离子在煤系高岭石晶体中的晶格取代类型，并初步揭示了基于低价阳离子晶格取代的煤系高岭石杂质缺陷形成机理；基于DFT理论方法构建了合理的金属掺杂高岭石体相结构模型，并探讨了杂质缺陷对高岭石表面水化、煤泥颗粒间微观作用及颗粒表界面调控等的微观影响机制。研究成果的取得丰富和拓展了矿物颗粒表面水化及界面调控基础理论，在煤泥水等矿山废水处理、微细矿物浮选、页岩油气开采及黏土复合材料研发等广泛领域均有理论指导作用。