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离子交换法进行水处理是较广泛较传统的方法，无论是锅炉用水的软化，脱碱软化；脱盐水，纯水，超纯水的制备，工业废水处理、重金属及贵重金属回收等场合均可采用离子交换法来进行。离子交换器类别有单床、复床、混合床之分。
      复床离子交换器：
此法为较古老的方法，出水纯度虽然不如混合床，但再生方法简单易行，所以还是广泛的被采用，尤其是配合混合床使用更为普遍。在大型水处理中阳床后面加一个脱气塔（也称脱碳）将 CO₂ 除去，可以减轻阴床树脂负担，延长阴树脂使用周期，从而可以节约再生剂 NaOH 的用量，是有一定意义的。
      混合床离子交换器：
    混合床离子交换设备为深度脱盐设备，是将阳、阴树脂按一定比例（一般为1：2，使阳、阴树脂同时达到交换终点而同时再生）装入同一交换塔混合而成，用于制造高纯水，产水电阻率为 10-18MΩ·CM(25 ℃ ),二氧化硅含量（SiO₂）≤0.02mg/L, 混合床分为单、双床、抛光床、双床可一用一备；可串联使用，以提高产水水质，有效利用树脂的交换容量；当生产用水量大时，可并联使用，运行相当灵活、方便。
    离子交换的基本原理：
采用离子交换方法，可以把水中阳、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式：
   1.  阳离子交换柱： R  -  H + Na⁺  = R – Na + H⁺
   2.  阴离子交换柱： R – OH + Cl^- = R – Cl^- + OH^-
阳、阴离子交换柱串联以后称为复合床，其总的反应式：
   R-H + R-OH + NaCl  = R-Na + R-Cl + H₂O
   由此得出，水中的NaCl已分别被树脂上的H⁺和OH^-所取代，而反应生成物为H₂O，故达到了去除水中盐的作用。
   3. 混合离子交换柱（混床）：将阳、阴床尚未交换的剩余盐类进一步除去，由于通过混合离子交换后进入水中的H⁺和OH^-立即生成电离度很低（H₂O），几乎不存在阳床或阴床交换时产生的逆交换现象，使交换反应进行得十分彻底，因而混合床的出水水质优于阳、阴离子交换柱串联组成的复床所能达到的水质，能制取纯度相当高的成品水。

          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。目前，离子交换树脂的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。近年还在中药提成等方面有所研究。

   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。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。目前，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。