離子交換樹脂或離子交換聚合物是一種樹脂或聚合物充當介質的離子交換。它是一種不溶性基質（或支撐結構），通常呈小（0.25-0.5毫米半徑）微珠形式，通常為白色或淡黃色，由有機聚合物基材制成。珠子通常是多孔的，在它們上面和內部提供了很大的表面積來捕獲離子。伴隨著其他離子的釋放而發生，因此該過程稱為離子交換。有多種類型的離子交換樹脂。大多數商業樹脂由聚苯乙烯磺酸鹽制成。

離子交換樹脂廣泛用于不同的分離、純化和去污過程。最常見的例子是水軟化和水凈化。在許多情況下，離子交換樹脂被引入到這樣的過程中，作為使用天然或人造沸石的更靈活的替代品。此外，離子交換樹脂在生物柴油過濾過程中非常有效。

大多數典型的離子交換樹脂基于交聯聚苯乙烯。在聚合之后引入實際的離子交換位點。此外，在聚苯乙烯的情況下，交聯是通過苯乙烯和少量二乙烯基苯的共聚作用引入的。交聯會降低樹脂的離子交換能力并延長完成離子交換過程所需的時間，但會提高樹脂的堅固性。粒徑也會影響樹脂參數；較小的顆粒具有較大的外表面，但會在色譜柱過程中造成較大的水頭損失。

除了制成珠狀材料外，離子交換樹脂還可制成膜。這些離子交換膜由高度交聯的離子交換樹脂制成，允許離子通過，但不允許水通過，用于電滲析。

四種主要類型的離子交換樹脂的官能團不同：

• 強酸性，通常具有磺酸基團，例如聚苯乙烯磺酸鈉或聚AMPS，
• 強堿性，通常以季氨基為特征，例如三甲基銨基團，例如聚APTAC)，
• 弱酸性，通常具有羧酸基團，
• 弱堿性，通常具有伯氨基、仲氨基和/或叔氨基，例如聚乙烯胺。

特殊的離子交換樹脂也是已知的，例如螯合樹脂（亞氨基二乙酸、硫脲基樹脂等）。

陰離子樹脂和陽離子樹脂是離子交換過程中最常用的兩種樹脂。陰離子樹脂吸引帶負電的離子，而陽離子樹脂吸引帶正電的離子。

陰離子樹脂可以是強堿性或弱堿性的。強堿性陰離子樹脂在很寬的pH值范圍內保持其負電荷，而弱堿性陰離子樹脂在較高的pH值水平下被中和。弱堿性樹脂在高pH值下無法保持電荷，因為它們會發生去質子化。然而，它們確實提供了出色的機械和化學穩定性。這與高離子交換率相結合，使弱堿性陰離子樹脂非常適合有機鹽。

對于陰離子樹脂，再生通常包括用強堿性溶液（例如氫氧化鈉水溶液）處理樹脂。在再生過程中，再生化學物質通過樹脂，被捕獲的負離子被沖走，更新樹脂的交換能力。

在本申請中，離子交換樹脂用于代替鎂和鈣中發現的離子硬水與鈉離子。當樹脂新鮮時，它的活性位點含有鈉離子。當與含有鎂和鈣離子（但鈉離子濃度低）的溶液接觸時，鎂和鈣離子優先從溶液中遷移到樹脂上的活性位點，在溶液中被鈉離子取代。該過程在溶液中鎂和鈣離子濃度比開始時低得多的情況下達到平衡。

水軟化過程的理想化圖像，包括用陽離子交換樹脂捐贈的鈉離子替換水中的鈣離子

可以通過用含有高濃度鈉離子的溶液（例如，其中溶解有大量食鹽(NaCl)）的溶液洗滌樹脂來重新充電。鈣和鎂離子從樹脂中遷移出來，被溶液中的鈉離子取代，直到達到新的平衡。鹽用于為離子交換樹脂充電，而離子交換樹脂本身用于軟化水。

在此應用中，離子交換樹脂用于去除溶液中的有毒（例如銅）和有害金屬（例如鉛或鎘）離子，用更無害的離子（例如鈉和鉀）代替它們。

很少有離子交換樹脂能去除水中的氯或有機污染物——這通常是通過使用與樹脂混合的活性炭過濾器來完成的。有一些離子交換樹脂可以去除有機離子，例如MIEX（磁性離子交換）樹脂。家用凈水樹脂通常不會再充電——樹脂在不能再使用時被丟棄。

電子、科學實驗、超導體生產和核工業等需要最高純度的水。這種水是使用離子交換過程或膜和離子交換方法的組合生產的。

離子交換過程用于分離和提純金屬，包括從钚和其他錒系元素（包括釷）中分離鈾；與鑭、釹、鐿、釤、镥、鑭系元素互為對方。稀土金屬有兩大系列、鑭系元素和錒系元素。每個家族的成員具有非常相似的化學和物理特性。多年來，離子交換是分離大量稀土的xxx實用方法。此應用程序由FrankSpedding在1940年xxx發。隨后，除了最高純度的產品外，溶劑萃取大多取代了離子交換樹脂的使用。