離子交換是用離子交換劑(常見的是離子交換樹脂)分離含電解質的液體混合物的過程。離子交換過程是液體和固體之間的傳質(包括外擴 散和內擴 散)和化學反應(離子交換反應)的過程。通常離子交換反應非常快，過程速率主要由傳質速率決定。離子交換反應一般是可逆的。在一定條件下，交換的離子可以被解吸(反向交換)，使離子交換劑恢復到原來的狀態，即離子交換劑可以通過交換和再生重復使用。同時，離子交換反應是定量進行的，因此離子交換劑的交換容量(每單位質量可被離子交換劑交換的離子的當量或摩爾數)是有限的。

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水溶液中的一些陽離子進入反離子層，而原來在反離子層中的離子交換樹脂進入水溶液。在正常濃度下，反離子層和水溶液之間的這種各向同性離子交換稱為離子交換。離子交換主要發生在擴 散層和正常水溶液之間。因為粘土顆粒表面通常帶負電荷，離子交換主要是陽離子交換，所以也叫陽離子交換。離子交換嚴格遵循等效定律，即陽離子進入反離子層的當量等于陽離子被置換出反離子層的當量。

早在1850年，土壤吸收銨鹽時就發現了離子交換現象。然而，離子交換作為一種現代分離方法，是在20世紀40年代人工合成離子交換樹脂之后出現的。離子交換操作的工藝和設備與吸附基本相同，但離子交換的選擇性較高，更適合高純度的分離純化。