天然气水合物作为清洁高效的新能源,吸引了各国政府和学者高度关注。天然气水合物大多存在于沉积层中,而粘土作为沉积层的重要组成,对水合物生成、分解等过程有着重要影响。国内外学者采用真实粘土矿物开展大量实验,力求探明粘土对水合物生成、分解的影响。然而,由于粘土成分多样,孔结构丰富,比表面积大,层间离子多样以及表面结构复杂,实验结果显示粘土对水合物生成可能存在抑制或促进作用,也可能没有影响。目前,尚无确切的粘土与水合物生成/分解调控之间的构效关系。因此精细调控粘土物性,获得成分、结构高度可控的粘土材料是探明上述构效关系的关键。在本论文中,我们选取蛭石这一典型2:1型粘土作为研究对象,通过离子插层结合超声剥离的方式,成功剥离蛭石颗粒,获得蛭石纳米片。通过梯度离心,实现对蛭石纳米片的尺寸筛分,获得了可控尺寸的二维纳米粘土材料。我们研究了不同尺寸的蛭石纳米片尺寸对四氢呋喃水合物、冰生成的影响。结果表明蛭石纳米片能够促进了水合物和冰的成核,但水合物转化效率有所降低。在甲烷水合物的生成试验中,蛭石纳米片的加入同样促进了水合物的生成,甲烷气体转化率达20%以上,蛭石纳米片的浓度对于甲烷的转化率影响不大。此外,我们利用拉曼技术观察了蛭石薄膜表面的水合物生长,薄膜的存在对水合物的结构影响很小。由于常规的超声剥离处理量有限,难以实现宏量的剥离,我们基于高速搅拌,利用产生的剪切力开发了一种快速、规模化的蛭石剥离方法。该方法具有插层处理时间短、剥离过程迅速、一次性剥离体积大等突出优势。在水合物研究之外,我们将具有极大宽高比的蛭石纳米片组装形成具有纳米通道的蛭石薄膜。通过调控组装参数,得到结构可调的透明蛭石膜,可以用于分子截留和筛分。本工作选取有机染料分子进行了截留研究,结果表明蛭石薄膜对于亚甲基蓝分子有很好的截留作用。