离子交换树脂系统是通过阴、阳离子交换树脂对水中的各种阴、阳离子进行置换的一种传统水处理工艺，阴、阳离子交换树脂单独或按不同比例进行搭配可组成离子交换阳床系统，离子交换阴床系统及离子交换混床系统，而混床系统又通常是用在反渗透等水处理工艺之后用来制取超纯水，高纯水的终端工艺，它是用来制备超纯水、高纯水不可替代的手段之一。其出水电导率可低于0.2μS/cm以下，出水电阻率达到5MΩ·cm以上，根据不同的水质及使用要求，出水电阻率可控制在5~18MΩ·cm之间。被广泛应用在电子、离子交换树脂系统、锅炉补给水水等工及医药用超纯业超纯水、高纯水的制备上。
应用领域
(1)水处理
水处理领域
离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。离子交换树脂的最大消耗量是用在
火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
(2)食品工业
离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。例如：
高果糖浆的制造是由玉米中萃出淀粉后，再经
水解反应，产生葡萄糖与
果糖，而后经
离子交换处理，可以生成高果糖浆。离子交换树脂在食品工业中的消耗量仅次于水处理。
(3)制药行业
制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有
抗菌素的质量改良具有重要作用。
链霉素的开发成功即是突出的例子。2010年来还在中药提成等方面有所研究。
在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、
水解、酯交换、水合等反应。用
离子交换树脂代替
无机酸、碱，同样可进行上述反应，且优点更多。如树脂可反复使用，产品容易分离，反应器不会被腐蚀，不污染环境，反应容易控制等。
甲基叔丁基醚(
MTBE)的制备，就是用
大孔型离子交换树脂作催化剂，由异丁烯与甲醇反应而成，代替了原有的可对环境造成严重污染的
四乙基铅。
(5)环境保护
离子交换树脂已应用在许多非常受关注的环境保护问题上。许多水溶液或非水溶液中含有有毒离子或非离子物质，这些可用树脂进行回收使用。如去除电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。
(6)湿法冶金及其他
离子交换树脂、阳离子交换树脂、
阴离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取
稀土元素和贵金属。
离子交换设备是传统的
去离子水设备，它的产水水质稳定，造价相对较低。在以往的电厂锅炉补给水都是采用
阳床+
阴床+
混床处理工艺。
2010来，随着
反渗透、EDI等工艺的发展，
离子交换设备操作复杂，不容易实现自动化，浪费酸碱，运行成本高等缺点更加突出，更多的应用于反渗透的深度处理。
小型的离子交换设备常采用
有机玻璃交换柱，有利于观察树脂运行情况。如
混合离子交换器再生分层是否充分，阳离子是否“中毒”等，树脂损耗情况等。
大型的离子交换设备则采用碳钢内衬环氧树脂或
衬胶，中间预留可视装置，以便于离子再生时在线观测再生液水位状况。
工作原理
采用
离子交换方法，可以把水中呈离子态的
阳离子、
阴离子去除，以氯化钠(NaCl)代表水中无机盐类，水质除盐的基本反应可以用下列方程式表达：
1、
阳离子交换树脂：R—H + Na+= R—Na + H+
2、
阴离子交换树脂：R—OH + Cl-= R—Cl + OH-
阳、阴离子交换树脂总的反应式即可写成： RH+ROH+NaCl——RNa+RCl+H2O
由此可看出，水中的NaCl已分别被树脂上的H+和OH-所取代，而反应生成物只有H2O，故达到了去除水中盐的作用。
主要工艺
第一种：采用阳
阴离子交换树脂取得的
去离子水，一般通过之后，出水
电导率可降到10us/cm以下，再经过
混床就可以达到0.2μs/cm以下了。但是这种方法做出来的水成本较高，而且颗粒杂质太多，达不到理想的要求。
第二种：预处理（即砂碳过滤器+
精密过滤器）+
反渗透+混床工艺 这种方法是目前采用最多的，因为反渗透投资成本也不算高，可以去除90%以上的水中离子，剩下的离子再通过混床交换除去，这样可使出水电导率：0.2左右。这样是目前最流行的方法。
第三种：采用两级反渗透方式
其流程如下：
第四种：前处理与第二种方法一样使用反渗透，只是后面使用的
混床采用EDI连续除盐膜块代替，这样就不用酸碱
再生树脂，而是用电再生。这就彻底使整个过程无污染了，经过处理后的水质可达到：15M以上。但这这种方法的前期投资比较多，运行成本低。根据各公司的情况做适当的投资。最好不过了。 其流程如下
原水→
多介质过滤器→
活性炭过滤器→软化水器→中间水箱→低压泵→PH值调节系统→高效
混合器→
精密过滤器→高效
反渗透→中间水箱→EDI水泵→
EDI系统→
微孔过滤器→用水点
系统预处理
先用清水对树脂进行冲洗，然后用4~5%的HCl和NaOH在交换柱中依次交替浸泡2~4小时，在酸碱之间用大量清水淋洗至出水接近中性，如此重复2~3次，每次酸碱用量为树脂体积的2倍。最后一次处理应用4~5%的
HCl溶液进行，放尽酸液，用清水淋洗至中性即可待用。
系统特点
1、工业超纯水处理工艺，是目前工业用
超纯水的制备上应用最多的一种工艺之一。
2、食品工业
离子交换树脂可用于制糖、味精、酒的精制、生物制品等工业装置上。
3、制药工业离子交换树脂对发展新一代的抗菌素及对原有抗菌素的质量改良具有重要作用。
链霉素的开发成功即是突出的例子。
4、合成化学和
石油化学工业在有机合成中常用酸和碱作催化剂进行酯化、
水解、酯交换、水合等反应。
5、电镀废液中的金属离子，回收电影制片废液里的有用物质等。
6、湿法冶金及其他离子交换树脂可以从贫铀矿里分离、浓缩、提纯铀及提取
稀土元素和贵金属。
系统简介
离子交换树脂常用于原水处理的有钠型
阳离子交换树脂和
阴离子交换树脂，全名称由分类名称、骨架(或基因)名称、基本名称构成。根据树脂的
酸碱性分，属酸性的在名称前加“阳”，强酸性
阳离子树脂与NaCl作用，转变为钠型树脂使用，就叫做“钠型阳离子交换树脂”。属碱性的在名称前加“阴”。
基本类型
这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基-SO3H，容易在溶液中
离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3-，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸性树脂的离解能力很强，在酸性或碱性溶液中均能离解和产生
离子交换作用。
树脂在使用一段时间后，要进行再生处理，即用化学药品使
离子交换反应以相反方向进行，使树脂的官能基团回复原来状态，以供再次使用。如上述的阳离子树脂是用强酸进行再生处理，此时树脂放出被吸附的阳离子，再与H+结合而恢复原来的组成。
这类树脂含弱酸性基团，如
羧基-COOH，能在水中
离解出H+ 而呈酸性。树脂离解后余下的负电基团，如R-COO-(R为碳氢基团)，能与溶液中的其他阳离子吸附结合，从而产生阳离子交换作用。这种树脂的酸性即离解性较弱，在低pH下难以离解和进行
离子交换，只能在碱性、中性或微酸性溶液中(如pH5～14)起作用。这类树脂亦是用酸进行再生(比强酸性树脂较易再生)。
3、 强碱性阴离子树脂
这类树脂含有强碱性基团，如季胺基(亦称四级胺基)-NR3OH(R为碳氢基团)，能在水中离解出OH-而呈强碱性。这种树脂的离解性很强，在不同pH下都能正常工作。它用强碱(如NaOH)进行再生。
4、 弱碱性阴离子树脂
这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺基(亦称一级胺基)-NH2、仲胺基(二级胺基)-NHR、或叔胺基(三级胺基)-NR2，它们在水中能
离解出OH-而呈弱碱性。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件(如pH1～9)下工作。它可用
Na2CO3、
NH4OH进行再生。
注：不论强碱性还是弱碱性树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生
阴离子交换作用。
离子交换容量
离子交换树脂进行
离子交换反应的性能，表现在它的“
离子交换容量”，即每克干树脂或每毫升湿树脂所能交换的离子的
毫克当量数，meq/g(干)或 meq/mL(湿);当离子为一价时，毫克当量数即是毫克
分子数(对二价或多价离子，前者为后者乘离子价数)。它又有“总
交换容量”、“
工作交换容量”和 “再生交换容量”等三种表示方式。
1、总交换容量，表示每单位数量(重量或体积)树脂能进行离子交换反应的化学基团的总量。
2、工作交换容量，表示树脂在某一定条件下的
离子交换能力，它与树脂种类和总交换容量，以及具体工作条件如溶液的组成、流速、温度等因素有关。
3、再生交换容量，表示在一定的
再生剂量条件下所取得的
再生树脂的交换容量,表明树脂中原有化学基团再生复原的程度。
通常，再生交换容量为总交换容量的50～90%(一般控制70～80%)，而工作交换容量为再生交换容量的30～90%(对再生树脂而言)，后一比率亦称为树脂的利用率。
在实际使用中，
离子交换树脂的
交换容量包括了
吸附容量，但后者所占的比例因树脂结构不同而异。现仍未能分别进行计算，在具体设计中，需凭经验数据进行修正，并在实际运行时复核之。
离子
树脂交换容量的测定一般以
无机离子进行。这些离子尺寸较小，能
自由扩散到树脂体内，与它内部的全部
交换基团起反应。而在实际应用时，溶液中常含有高分子有机物，它们的尺寸较大，难以进入树脂的显微孔中，因而实际的交换容量会低于用无机离子测出的数值。这种情况与树脂的类型、孔的结构尺寸及所处理的物质有关。