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離子交換樹脂是一類用途很廣的功能性高分子材料，利用其選擇性交換、吸附原理可以進行脫鹽、脫色、分離、精制等，應用領域涉及水處理、食品加工、醫藥衛生、環保等，滲透在工業生產的各個環節，對現代化工業的發展起著重要作用。
離子交換樹脂外觀為固體球形顆粒，粒徑為0.3-1.2mm，呈乳白、淡黃或棕褐色不透明或半透明球狀，不溶于水。
離子交換樹脂是一類帶有功能基的網狀結構的高分子化合物，其結構由三部分組成：不溶性的三維空間網狀骨架、連接在骨架上的活性基團。活性基團包括固定離子和帶相反電荷的可交換活動離子。
網狀骨架不溶于一般的酸、堿溶液及各種有機溶劑，如乙醇、丙酮及烴等。功能基（活性基團）固定在網絡骨架上不能自由移動。功能基所帶的可以離解的離子卻能自由移動，可以與周圍的外來離子互相交換。隨著使用或再生時，在不同的外界條件下，與周圍的同類型其他離子相互交換。以聚苯乙烯型離子交換樹脂為例，其母體為苯乙烯單體與二苯乙烯交聯劑共聚成的網狀骨架，功能基團為磺酸基，可交換離子為氫離子或鈉離子。
人們就是通過控制樹脂上的可交換離子，創造適宜條件，如改變濃度差、利用親合力差別等，使它與相近的同類型離子進行反復交換，以達到不同的使用目的，如濃縮、分離、提純、凈化等。
我國自20世紀50年代以來開始生產和應用離子交換樹脂。經過半個多世紀的發展，國內常規離子交換樹脂的產量不斷增加，品種不斷豐富，制造和應用技術已經較為成熟，先后發展了凝膠樹脂、大孔樹脂、超高交聯樹脂、復合功能樹脂及樹脂基復合吸附劑等五代樹脂。
近年來，國內離子交換樹脂產量不斷擴大，技術不斷提升，已成為世界最大的生產國，2018年我國離子交換樹脂行業產能規模在42.7萬噸左右，產量也由2008年的16.35萬噸增長至2018年的30.44萬噸。需求方面，據測算2017年我國離子交換樹脂需求量為20.38萬噸，2018年我國離子交換樹脂需求量增長至21.56萬噸。我國離子交換樹脂除供應國內市場外，還出口到全世界50多個國家，出口量約占產量的30 %，成為世界離子交換樹脂出口大國。2016年出口量增加到約9萬噸， 2018年我國離子交換樹脂出口數量為10.33萬噸，預測今后幾年，我國離子交換樹脂產銷形勢將繼續向好，前景樂觀。
根據離子交換樹脂的孔徑，可分為凝膠型和大孔型。凝膠型交換容量大，但孔徑小，易堵塞污染；大孔型具有抗有機物污染的能力。目前，我國生產的離子交換樹脂以凝膠型為主。
根據合成離子交換樹脂單體的不同，可分為苯乙烯系、丙烯酸系、環氧系、酚醛系及脲醛系等。其中生產數量最多、應用最為廣泛的為苯乙烯系離子交換樹脂。
根據離子交換樹脂所帶活性基團的性質，可分為強酸陽離子、弱酸陽離子、強堿陰離子、弱堿陰離子、鰲合性、兩性及氧化還原樹脂。從世界樹脂的生產情況看，強酸性樹脂占總產量的50％～60％，強堿性樹脂占25％～30％。而我國離子交換樹脂的生產情況則是強酸性樹脂占有更大的比重，約占總產量的80％，而強堿性樹脂只占總產量的15％左右。
離子交換樹脂是通過其可交換的活性離子A+與溶液中的自由離子B+交換完成對B+去除的。
4.1 離子交換過程
離子交換過程包含五個步驟：1B+自溶液擴散至樹脂表面；2B+自樹脂表面進入樹脂內部的活性中心；3B+與RA在活性中心上發生復分解反應；4A+離子自樹脂內部擴散到樹脂表面；5A+離子從樹脂表面擴散至溶液中。如圖所示：
4.2 影響因素
影響交換速度的因素主要有以下幾方面：
1）顆粒大小：顆粒越小，有利于提高交換速度
2）交聯度：交聯度越低樹脂越易膨脹，在樹脂內部擴散就越容易
3）離子化合價：離子在樹脂中擴散時，和樹脂骨架間存在庫倫引力。離子化合價越高，這種引力越大，因此擴散速率就越小。
4）離子的大小：小離子的交換速度比較快，大分子會和樹脂骨架碰撞，速度較慢
5）攪拌速率：當液膜控制時，增加攪拌速率會使交換速度增加。但增大到一定程度后再繼續增加轉速，對交換速度影響就比較小。
6）溶液濃度：
4.3 選擇吸附順序
根據以上影響交換速度的因素，可以推斷：
1）在常溫、稀溶液中離子價數越高，與固定離子的靜電引力越大，越優先交換。
Cr3+ > Ca2+ > Na+ PO43 -> SO42-> Cl-
2）稀溶液中，同價離子原子序數越大，與固定離子的靜電引力越大；稀土元素相反。
K+ > Na+> H+
3）在高濃度的溶液中，由于離子的水化作用不充分，水合離子的半徑接近離子半徑，原子序數越大，離子半徑增大，離子表面電荷密度相對減小，與固定離子的靜電引力越小。
離子交換樹脂具有交換、選擇、吸附和催化等功能，可以去除干擾組分、富集微量組分，在工業高純水制備、醫藥衛生、冶金行業、生物工程、食品加工等領域都得到了廣泛的應用。
5.1 水處理
離子交換樹脂最突出的應用是在水處理領域。其中，在電力行業的應用比例最大，主要是用在火力發電廠給水處理和凝結水精處理上，少部分用于循環水和發電機內冷水的處理。
水處理工藝中，離子交換樹脂的用途十分廣泛。在給水處理中，用于水質軟化和除鹽，制取軟化水、純水和超純水；在廢水處理中，用于處理含汞、含銅、含鉬、含鋅、含鈾、含鎘等重金屬工業廢水。
離子交換樹脂不僅可以用于工業用水的處理，而且可用于飲用水的凈化處理，由于它可以有效去除飲用水中過量的硝酸鹽、氟及微量重金屬等雜質，因此在飲用水的凈化中也發揮著舉足輕重的作用。
5.2 食品工業
在食品工業領域，離子交換樹脂的消耗量僅次于水處理，可用于制糖、制味精等，起著提純、脫色、去味、分離催化等方面的作用。例如針對制糖業中糖漿色素多、鹽分含量大等特點，用于木糖醇等糖類制品的脫色、提純等；去除飲料、果汁中的鹽類和酸性物質等。
5.3 醫藥衛生
離子交換樹脂應用于醫藥和生物化工方面，最早是用于抗生素的提取、分離，維生素濃縮、天然藥物提取和純化等，70年代以來逐漸應用于藥物傳遞系統的研究和開發，可用于緩控釋給藥系統和靶向給藥系統。如胃腸道中控制藥物釋放和作為載體用于靶向釋放系統。
5.4 試劑的制備和提純
如試劑級的亞硝酸鉀，只含KNO294%，而其中大量的雜質是KNO3，使用結晶法不能除去KNO3。將試劑級的亞硝酸鉀溶液1mol/L通過NO2-式的陰離子交換樹脂柱，由于NO2-的離子交換親和力比NO3-小，NO3-完全定量地交換到樹脂上，并將樹脂上的NO2交換下來，流出液中的KNO2的純度最少達99.9%。交換柱可用純NaNO2再生后重復使用。
5.5 催化作用
在有機合成中常用酸和堿做催化劑進行酯化、水解、酯交換、水合等反應。用離子交換樹脂代替無機酸、堿同樣可以進行上述反應，且優點更多。如，樹脂可反復使用，產品容易分離，反應器不易腐蝕，不污染環境，反應易控制等。甲基叔丁基醚（MTBE）的制備，就是用大孔型離子交換樹脂做催化劑，由異丁烯與甲醇反應而成，代替了原油的可對環境造成污染的四乙基鉛。
5.6 環境保護
許多水溶液或非水溶液中含有的有毒離子或非離子物質，都可以用數值進行回收使用，如去除電鍍廢液中的金屬離子，回收電影制片廢液里的有用物質等。