Ioninvaihto on kemiallinen prosessi, jossa ioneja vaihdetaan kahden elektrolyyttiliuoksen välillä tai elektrolyyttiliuoksen ja ioninvaihtopolymeerinä tunnetun kiinteän matriisirakenteen välillä. Kun elektrolyyttiliuos reagoi polymeerin tai hartsin kanssa, liuoksen ionit jäävät kiinni ja kiinnittyvät kiinteään alustaan, mikä puolestaan vapauttaa erilaisia saman varauksen ioneja. Kationinvaihto tapahtuu, kun positiivisesti varautuneet hiukkaset vaihdetaan, kun taas anioninvaihto tapahtuu, kun negatiivisesti varautuneet hiukkaset vaihdetaan.
Ioninvaihto voi tapahtua luonnollisissa olosuhteissa alumiinisilikaattimineraalien, jotka tunnetaan zeoliiteina, kautta, joita löytyy savesta. Maaperässä tapahtuvaa kationinvaihdon tasoa voidaan käyttää osoittimena maaperän kyvystä säilyttää ravinteita. Se on myös tärkeä tekijä pohjaveden puhtauden määrittämisessä.
Teollisissa olosuhteissa ioninvaihto tapahtuu synteettisten orgaanisten polymeerien avulla. Ioninvaihtopolymeeri voidaan valmistaa tiettyjen ionien erityiseksi suodattamiseksi pois liuoksesta. On olemassa neljä päätyyppiä ioninvaihtopolymeerejä, joilla on erilaiset ioni -affiniteetit ja kemialliset ominaisuudet: vahvat emäs -anionihartsit, heikot emäs -anionihartsit, vahvat happamat kationihartsit ja heikot happokationihartsit.
Näiden neljän ryhmän lisäksi on olemassa muuntyyppisiä ioninvaihtohartseja. Kelatoivat hartsit ovat tärkeitä suodatettaessa pois myrkyllisiä raskasmetallikationeja, kuten lyijyä ja elohopeaa. Näitä hartseja käytetään jäteveden ja pohjaveden käsittelyssä.
Voimakkaita happoja voidaan käyttää kalsium- ja magnesiumkationien poistamiseen vedestä vedenpehmentämisessä tunnetussa prosessissa. Liuoksen kalsium- ja magnesiumionit vaihdetaan hartsin natrium- tai vetyioneiksi. Kotitaloustuotteissa, kuten pyykinpesuaineessa, käytetään zeoliitteja veden pehmentämiseen, jotta estetään kalsium- ja magnesiumionien häiriöt saippuan puhdistustehtävissä.
Veden deionisointi on toinen yleinen ioninvaihtosovellus. Deionisoinnissa mineraalisuolot, kuten natrium ja kalsium, poistetaan vedestä ja korvataan vetykationeilla tai hydroksidianioneilla käytetyn hartsityypin mukaan. Tämä prosessi tuottaa puhdistetun veden, joka on verrattavissa tislattuun veteen, mikä on hyödyllistä laboratorio- ja teollisuusprosesseissa, joissa vaaditaan suurta veden puhtautta.
Teolliset ioninvaihtoreaktiot suoritetaan yleensä käyttämällä pylväitä. Nämä astiat sisältävät hartsikerroksen, joka pitää ioninvaihtohartsin samalla kun liuos johdetaan sen läpi. Virtausta voidaan säätää pylvääseen kiinnitetyillä venttiileillä ja laitteilla. Kun liuos johdetaan hartsin läpi, tapahtuu ioninvaihto, kunnes kaikki hartsin sidoskohdat on täytetty, jolloin saadaan puhdistettu liuos.