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卓越超純水機離子交換樹脂是由帶有電荷位點的聚合物構成的，電荷位點處可以發生離子交換。合成的離子交換樹脂通常都是由多孔微球制備的，這些微球的表面和孔徑大小非常適合離子的附著。如果表面積太大，會發生嚴重的物理吸附。離子交換樹脂一旦被各種物質用物理吸附包裹起來，就不能進行離子交換了。（表面積太小會造成離子交換容量有限）。在正常條件下，離子交換和物理吸附都會發生。

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卓越超純水機現在使用的大多數離子交換樹脂都是由合成的聚合物骨架或者矩陣以及與其連接的帶有離子交換功能的功能基團構成。可以根據應用不同選擇不同的離子交換樹脂制備方法。通常情況下，它們是球形或者顆粒狀的，但也可以制備成膜、纖維、管、布以及泡沫狀。用專門的生產工藝，微球型的聚合物可以制備出成多孔的結構，取代傳統的實心凝膠樹脂結構。這種樹脂被稱為大孔或者大網絡樹脂。聚合物骨架通常是交聯在一起的，這樣可以防止它們溶解，同時增加機械強度和穩定性。交聯的程度必須加以控制，以使得樹脂在保證機械性能的同時有足夠的縫隙和孔道來吸收和溶脹水，從而保證離子交換活性。最常見的離子交換樹脂是苯乙烯——二乙烯基苯（DVB）共聚物，在這里，DVB是交聯劑，

離子交換的定義是，在固相和液相之間進行可逆的離子互換，同時固相的結構不發生永久的改變。這意味著常規的使用是不會消耗離子交換樹脂的。卓越超純水機當樹脂耗盡時，可以通過再生使其恢復到初始狀態，重新使用。

陰離子交換是去除陰離子（帶負電的離子）的選擇性樹脂。強陰離子交換采用季胺基團作功能基團，而弱陰離子交換則用叔胺基團。陽離子交換樹脂去除陽離子（帶正電的離子）。強力陽離子交換基團是璜酸基，而弱陽離子交換基團為羧酸。