布圖設計
[拼音]：lizi jiaohuan
[英文]：ion exchange
藉助於固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進行交換，以達到提取或去除溶液中某些離子的目的，是一種屬於傳質分離過程的單元操作。離子交換是可逆的等當量交換反應。早在1850年就發現了土壤吸收銨鹽時的離子交換現象，但離子交換作為一種現代分離手段，是在20世紀40年代人工合成了離子交換樹脂以後的事。離子交換操作的過程和裝置，與吸附基本相同，但離子交換的選擇性較高，更適用於高純度的分離和淨化。
目前，離子交換主要用於水處理(軟化和純化)；溶液（如糖液）的精製和脫色；從礦物浸出液中提取鈾和稀有金屬；從發酵液中提取抗生素以及從工業廢水中回收貴金屬等。
離子交換平衡
有兩種理論可用於研究交換過程的選擇性：
（1）多相化學反應理論 假定離子A1與A2之間有如下的交換反應：
式中Z1和Z2分別為離子A1和A2的化合價;A1和A2表示存在於溶液相中的離子；凴1和凴2表示存在於樹脂相中的離子。以離子濃度C代替活度，依據質量作用定律，可得出離子交換平衡常數為：
式中C1、C2、叿1和叿2分別為A1、A2、凴1和凴2的離子濃度。此常數又稱選擇性係數。
（2）膜平衡理論認為樹脂表面相當於半透膜， 所交換的離子能自由通過；而連線在樹脂骨架上的離子不能通過。按照F.G.唐南膜平衡原理，可得出格雷戈爾公式：
式中R為摩爾氣體常數;T為絕對溫度；α1、α2、ā1和ā2分別為離子A1、A2、凴1和凴2的活度；π為滲透壓;堸為位於樹脂相的離子的偏摩爾體積。由上式可以看出，化合價較高、體積較小（即水化半徑較小）的離子，將優先與樹脂結合。因此，溶液中各種離子的化合價及體積相差越大，離子交換過程的選擇性越高。
離子交換動力學
離子交換是一種液固相反應過程，必然涉及物質在液相和固相中的擴散過程。在常溫下，交換反應的速度很快，不是控制因素。如果進行交換的離子在液相中的擴散速度較慢，稱為外擴散控制，如果在固相中的擴散較慢，則稱為內擴散控制。
早期的研究系從斐克定律（見分子擴散）出發，所匯出的速率方程式只適用於同位素離子的交換。實際上，離子交換過程至少有兩種離子反向擴散。如果它們的擴散速率不等，就會產生電場，此電場必對離子的擴散產生影響。考慮到此電場的影響，F.G.赫爾弗裡希匯出相應的速率方程為：
式中N為物質通量；D為擴散係數；F為法拉第常數；φ為電極電位。
裝置
主要型別有：
（1）攪拌槽（見傳質裝置），適用於處理粘稠液體。當單級交換達不到要求時，可用多級組成級聯。
（2）固定床離子交換器，也稱離子交換柱，是用於離子交換的固定床傳質裝置，應用最廣。
（3）移動床離子交換器，是用於離子交換的移動床傳質裝置，由於技術上的困難尚未得到工業應用。
參考書目
F.C.納考德、J.修伯特主編，錢庭寶等譯：《離子交換技術》，科學出版社，北京，1960。(F.C.Nachod and J.Schubert， Ion Exchange Technology，Academic Press，New York，1956.)
小阪勇次郎、清水博編，李基森等編譯：《離子交換膜及其應用》，科學出版社，北京，1977。（小阪勇次郎、清水博編：《ィオン交換膜》，共立出版株式會社，東京，1963。）