天然產出的黏土礦物，是以含鋁、鎂等為主的一類矽酸鹽礦物，除海泡石、凹凸棒石等少數為層鏈狀外，其它均為層狀結構，其層間包含可交換的無機陽離子，有一部分氧原子價出露在晶體表面上。
黏土礦物具有比表面積大、孔隙多以及極性強等特徵，特殊的晶體結構賦予黏土礦物許多特性，例如較強的吸附性、脫水、復水性能、膨脹、收縮性能，可塑性能、離子交換性能和膠體特性等。正是因為黏土礦物具有這些優異的性能，從而使其在汙染治理與水環境修復領域中發揮著獨特的作用。
天然黏土礦物又具有儲量豐富、來源廣、成本低的有利因素，用黏土礦物作吸附劑去除汙染，有巨大的社會經濟效益和生態環境效益。
1、黏土礦物在水體汙染治理中的應用
黏土礦物在水汙染治理方面，主要用於化工和生活用水過濾、水中重金屬離子Ni2+、Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+、As3+等的去除、陽離子染色物和有機汙染物的吸附，以及廢水中的MH3-N、H2PO4-，HPO24-、PO34-等的清除處理。
（1）重金屬離子的吸附處理
蒙脫石、海泡石、凹凸棒石等黏土礦物具有較大的比表面積及離子交換容量，吸附性能好，對廢水中重金屬離子的吸附處理有著特殊的功效。
如海泡石八面體中與OH-結合的Mg2+及沸石型孔道邊緣與結晶水結合的Mg2+，均可與重金屬發生離子交換，從而達到去除目的。
（2）有機汙染物的吸附處理
天然黏土礦物中存在大量可交換的親水性無機陽離子，但實際黏土表面通常存在一層薄的水膜，因而不能有效地吸附疏水性有機汙染物。採用某種有機陽離子，通過離子交換，把黏土礦物中原先存在的無機陽離子置換出來，使其成為疏水性有機粘土，可增強其去除水中疏水性有機汙染物的能力。
如利用季銨鹽等陽離子表面活性劑與鈉型蒙脫石作用，經過離子交換將體積較大的有機正離子引入層間形成大孔洞材料——有機蒙脫石，再通過離子交換作用和表面活性劑脂肪鏈的萃取作用來吸附有害的有機汙染物。
（3）離子型化合物的吸附處理
離子型化合物一般在水中的溶解度較高，在土壤中極易遷移並汙染地下水。黏土礦物表面上存在大量的Si-OH、Al-OH等基團，通過適當的化學處理可使其質子化或者解離，用於吸附處理水中的陰離子汙染物。如HDTMA蒙脫石可有效去除五氯苯酚等陰離子。
2、黏土礦物在大氣汙染治理中的應用
蒙脫石、海泡石、凹凸棒石及高嶺石等，因吸附性強，作為吸附過濾材料廣泛應用於大氣汙染的淨化。經簡單的處理之後，即可用於臭氣、毒氣及有害氣體如NOx、H2S等的吸附過濾。
以沸石、凹凸棒石、海泡石、膨潤土、累託石等粘土礦物為載體的載銀無機抗菌劑可以起到良好的作用效果。目前開發的以多孔結構粘土礦物為載體的無機抗菌劑已成功應用於室內空氣淨化，並對病菌及其分泌物毒素均有較強的殺滅和降解作用。
3、黏土礦物在土壤汙染治理中的應用
黏土礦物是土壤膠體的主體，土壤膠體的自淨作用在某種程度上是黏土礦物性質的體現。當有毒物質進入土壤後，土壤膠體首先吸附帶相反電荷的離子或絡合物，如金屬離子或化學農藥，使汙染物質的活性和擴散性大大減弱。其次黏土礦物層內表面不僅可吸附交換性離子，還可以把一些有毒的陽離子吸持在層間的晶格結構內而成為固定離子，消除了汙染物的毒害。
土壤的重金屬汙染中，鉛大部分可被土壤固定。蒙脫石、伊利石和高嶺石對鉛的吸附力比對鈣的吸附力大2～3倍，高嶺石和蒙脫石對鉻的吸附作用較強。
土壤中的黏土礦物、有機質和土壤膠體可通過物理吸附和化學吸附作用將有機農藥固定，使農藥的遷移能力和毒性降低。進入土壤的有機農藥一般都離解成有機陽離子，被帶負電荷的膠體和黏土礦物吸附。