离子交换树脂的内部结构由三个部分组成：
1、高分子骨架：由交联的高分子聚合物组成。
2、离子交换基团：它连接在高分子骨架上，带有可交换的离子或带有极性的非离子官能团。
3、孔：在干态和湿态的离子交换树脂中都存在的高分子结构中的孔和高分子结构之间的孔。
在交联结构的高分子基体上，许多交换基团以化学键结合。交换基团分为固定部分和活动部分。固定部分被束缚在高分子的基体上，不能自由移动，称为固定离子。活动部分与固定离子以离子键结合，称为反离子或可交换离子。反离子在溶液中可以离解成自由移动的离子，并与其他反离子发生交换反应。
离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。
离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大，对离子半径较小的离子的选择性也较大。离子交换反应是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的可逆反应。这种可逆性使离子交换树脂可以反复使用。
离子交换的过程包括边界水膜内的扩散、交联网孔内的扩散、离子交换、交联网孔内的扩散和边界水膜内的扩散。
由于离子交换树脂反应的可逆性，反应后的树脂可以通过处理重新转化为原来的离子交换树脂，从而可以进行下一循环。循环次数取决于所使用的树脂类型。
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