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离子交换是一种可逆的化学反应，其中从溶液中除去溶解的离子并用相同或类似电荷的其他离子替换。离子交换树脂本身不是化学反应物，而是促进离子交换反应的物理介质。树脂本身由形成烃网络的有机聚合物组成。整个聚合物基质是离子交换位点，其中带正电离子（阳离子）或带负电离子（阴离子）的所谓“官能团”固定在聚合物网络上。这些官能团容易吸引相反电荷的离子。
离子交换树脂的几何形状，尺寸和结构可以在不同类型之间变化。大多数离子交换树脂交换系统使用由微小的多孔微珠组成的树脂床，尽管一些系统（例如用于电渗析的系统）使用片状网状树脂。离子交换树脂珠通常是小的和球形的，半径仅为0.25至1.25毫米。根据应用和系统设计，树脂珠粒可具有均匀的粒度或高斯尺寸分布。大多数应用使用凝胶树脂珠，具有半透明的外观，并提供高容量和化学效率。大孔树脂由于其不透明的白色或黄色外观而可识别，通常保留用于苛刻的条件，因为它们具有相对较高的稳定性和耐化学性。
在离子交换循环期间，将待处理的溶液加入离子交换树脂床中并使其流过树脂。当溶液移动通过离子交换树脂时，树脂的官能团吸引溶液中存在的任何抗衡离子。如果官能团对新抗衡离子的亲和力大于已经存在的那些离子，那么溶液中的离子将移除现有的离子并取代它们，通过共享的静电吸引力与官能团结合。通常，离子的尺寸和/或价数越大，其与相反电荷的离子的亲和力就越大。
