Pertukaran ion adalah proses kimia di mana ion dipertukarkan antara dua larutan elektrolit atau antara larutan elektrolit dan struktur matriks padat yang dikenal sebagai polimer penukar ion. Ketika larutan elektrolit bereaksi dengan polimer, atau resin, ion dari larutan terperangkap dan melekat pada substrat padat, yang pada gilirannya melepaskan ion berbeda dengan muatan yang sama. Pertukaran kation terjadi ketika partikel bermuatan positif dipertukarkan, sedangkan pertukaran anion terjadi ketika partikel bermuatan negatif dipertukarkan.
Pertukaran ion dapat terjadi di alam melalui mineral aluminosilikat yang dikenal sebagai zeolit, yang ditemukan di tanah liat. Tingkat pertukaran kation yang terjadi di dalam tanah dapat dijadikan sebagai indikator kemampuan tanah dalam menahan unsur hara. Ini juga merupakan faktor penting dalam menentukan kemurnian air tanah.
Dalam pengaturan industri, pertukaran ion terjadi melalui penggunaan polimer organik sintetis. Polimer penukar ion dapat dibuat untuk secara khusus menyaring ion tertentu dari larutan. Ada empat jenis utama polimer penukar ion yang memiliki afinitas ion dan sifat kimia yang berbeda: resin anion basa kuat, resin anion basa lemah, resin kation asam kuat, dan resin kation asam lemah.
Selain keempat kelompok ini, ada jenis resin penukar ion lainnya. Resin pengkelat penting dalam menyaring kation logam berat beracun, seperti timbal dan merkuri. Resin ini digunakan dalam pengolahan air limbah dan air tanah.
Resin asam kuat dapat digunakan untuk menghilangkan kation kalsium dan magnesium dari air dalam proses yang dikenal sebagai pelunakan air. Ion kalsium dan magnesium dari larutan ditukar dengan ion natrium atau hidrogen dari resin. Produk rumah tangga seperti deterjen cucian menggunakan zeolit untuk pelunakan air untuk mencegah gangguan ion kalsium dan magnesium dengan tindakan pembersihan sabun.
Deionisasi air adalah aplikasi umum lain dari pertukaran ion. Dalam deionisasi, garam mineral seperti natrium dan kalsium dikeluarkan dari air dan diganti dengan kation hidrogen atau anion hidroksida, tergantung pada jenis resin yang digunakan. Proses ini menghasilkan bentuk air murni yang sebanding dengan air suling, yang berguna dalam proses laboratorium dan industri di mana kemurnian air yang tinggi diperlukan.
Reaksi pertukaran ion industri biasanya dilakukan dengan menggunakan kolom. Bejana ini berisi resin bed, yang menahan resin penukar ion saat larutan dilewatkan melaluinya. Aliran dapat dikontrol oleh katup dan instrumentasi yang dipasang pada kolom. Saat larutan dilewatkan melalui resin, pertukaran ion terjadi sampai semua tempat ikatan dalam resin terisi, menghasilkan larutan yang dimurnikan.