天然产出的黏土矿物，是以含铝、镁等为主的一类硅酸盐矿物，除海泡石、凹凸棒石等少数为层链状外，其它均为层状结构，其层间包含可交换的无机阳离子，有一部分氧原子价出露在晶体表面上。
黏土矿物具有比表面积大、孔隙多以及极性强等特征，特殊的晶体结构赋予黏土矿物许多特性，例如较强的吸附性、脱水、复水性能、膨胀、收缩性能，可塑性能、离子交换性能和胶体特性等。正是因为黏土矿物具有这些优异的性能，从而使其在污染治理与水环境修复领域中发挥着独特的作用。
天然黏土矿物又具有储量丰富、来源广、成本低的有利因素，用黏土矿物作吸附剂去除污染，有巨大的社会经济效益和生态环境效益。
1、黏土矿物在水体污染治理中的应用
黏土矿物在水污染治理方面，主要用于化工和生活用水过滤、水中重金属离子Ni2+、Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+、As3+等的去除、阳离子染色物和有机污染物的吸附，以及废水中的MH3-N、H2PO4-，HPO24-、PO34-等的清除处理。
（1）重金属离子的吸附处理
蒙脱石、海泡石、凹凸棒石等黏土矿物具有较大的比表面积及离子交换容量，吸附性能好，对废水中重金属离子的吸附处理有着特殊的功效。
如海泡石八面体中与OH-结合的Mg2+及沸石型孔道边缘与结晶水结合的Mg2+，均可与重金属发生离子交换，从而达到去除目的。
（2）有机污染物的吸附处理
天然黏土矿物中存在大量可交换的亲水性无机阳离子，但实际黏土表面通常存在一层薄的水膜，因而不能有效地吸附疏水性有机污染物。采用某种有机阳离子，通过离子交换，把黏土矿物中原先存在的无机阳离子置换出来，使其成为疏水性有机粘土，可增强其去除水中疏水性有机污染物的能力。
如利用季铵盐等阳离子表面活性剂与钠型蒙脱石作用，经过离子交换将体积较大的有机正离子引入层间形成大孔洞材料——有机蒙脱石，再通过离子交换作用和表面活性剂脂肪链的萃取作用来吸附有害的有机污染物。
（3）离子型化合物的吸附处理
离子型化合物一般在水中的溶解度较高，在土壤中极易迁移并污染地下水。黏土矿物表面上存在大量的Si-OH、Al-OH等基团，通过适当的化学处理可使其质子化或者解离，用于吸附处理水中的阴离子污染物。如HDTMA蒙脱石可有效去除五氯苯酚等阴离子。
2、黏土矿物在大气污染治理中的应用
蒙脱石、海泡石、凹凸棒石及高岭石等，因吸附性强，作为吸附过滤材料广泛应用于大气污染的净化。经简单的处理之后，即可用于臭气、毒气及有害气体如NOx、H2S等的吸附过滤。
以沸石、凹凸棒石、海泡石、膨润土、累托石等粘土矿物为载体的载银无机抗菌剂可以起到良好的作用效果。目前开发的以多孔结构粘土矿物为载体的无机抗菌剂已成功应用于室内空气净化，并对病菌及其分泌物毒素均有较强的杀灭和降解作用。
3、黏土矿物在土壤污染治理中的应用
黏土矿物是土壤胶体的主体，土壤胶体的自净作用在某种程度上是黏土矿物性质的体现。当有毒物质进入土壤后，土壤胶体首先吸附带相反电荷的离子或络合物，如金属离子或化学农药，使污染物质的活性和扩散性大大减弱。其次黏土矿物层内表面不仅可吸附交换性离子，还可以把一些有毒的阳离子吸持在层间的晶格结构内而成为固定离子，消除了污染物的毒害。
土壤的重金属污染中，铅大部分可被土壤固定。蒙脱石、伊利石和高岭石对铅的吸附力比对钙的吸附力大2～3倍，高岭石和蒙脱石对铬的吸附作用较强。
土壤中的黏土矿物、有机质和土壤胶体可通过物理吸附和化学吸附作用将有机农药固定，使农药的迁移能力和毒性降低。进入土壤的有机农药一般都离解成有机阳离子，被带负电荷的胶体和黏土矿物吸附。