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離子交換樹脂廣泛用于不同的分離、純化和去污過程。最常見的例子是水軟化和水凈化。在許多情況下，離子交換樹脂被引入到這樣的過程中，作為使用天然或人造沸石的更靈活的替代品。此外，離子交換樹脂在生物柴油過濾過程中非常有效。

離子交換樹脂用于代替鎂和鈣中發現的離子硬水與鈉離子。當樹脂新鮮時，它的活性位點含有鈉離子。當與含有鎂和鈣離子（但鈉離子濃度低）的溶液接觸時，鎂和鈣離子優先從溶液中遷移到樹脂上的活性位點，在溶液中被鈉離子取代。該過程在溶液中鎂和鈣離子濃度比開始時低得多的情況下達到平衡。

水軟化過程的理想化圖像，包括用陽離子交換樹脂捐贈的鈉離子替換水中的鈣離子可以通過用含有高濃度鈉離子的溶液（例如，其中溶解有大量食鹽(NaCl)）的溶液洗滌樹脂來重新充電。鈣和鎂離子從樹脂中遷移出來，被溶液中的鈉離子取代，直到達到新的平衡。鹽用于為離子交換樹脂充電，而離子交換樹脂本身用于軟化水。