合成的沸石交換材料很快被稱為Greensand的天然材料所取代。Greensand的交換容量低于合成材料，但其更高的物理穩定性使其更適合工業應用。容量定義為單位量的樹脂將從溶液中除去的可交換離子的量。它通常以每立方英尺的千克粒表示為碳酸鈣。
圖1。微觀樹脂珠（20-50目）的磺化苯乙烯 - 二乙烯基苯強酸陽離子exhcanger的顯微鏡視圖。（由羅門哈斯公司提供。）
磺化煤陽離子交換介質（稱為碳質沸石）的開發將離子交換的應用擴展到氫循環操作，允許降低堿度和硬度。很快，開發出陰離子交換樹脂（多胺和甲醛的縮合產物）。新的陰離子樹脂與氫循環陽離子樹脂一起使用，試圖使水脫礦質（從水中除去所有溶解的鹽）。然而，早期的陰離子交換劑是不穩定的，并且不能除去諸如硅酸和碳酸之類的弱電離酸。
在20世紀40年代中期，離子交換樹脂是基于苯乙烯與二乙烯基苯交聯的共聚合而開發的。這些樹脂非常穩定，并且具有比其前輩更大的交換容量。基于聚苯乙烯 - 二乙烯基苯的陰離子可以去除所有陰離子，包括硅酸和碳酸。這項創新使水的完全脫礦成為可能。
聚苯乙烯 - 二乙烯基苯樹脂仍用于大多數離子交換應用中。盡管基礎樹脂組分相同，但樹脂已經以多種方式進行了改性，以滿足特定應用的要求并提供更長的樹脂壽命。最顯著的變化之一是大網狀或大孔樹脂結構的發展。
標準的蜂窩狀樹脂，例如圖1中所示的那些，具有可滲透的膜結構。該結構滿足大多數應用的化學和物理要求。然而，在一些應用中，樹脂結構所需的物理強度和耐化學性超出了典型凝膠結構的能力。大孔樹脂在高度交聯的聚苯乙烯 - 二乙烯基苯基質中具有離散的孔。這些樹脂具有比凝膠更高的物理強度，以及對熱降解和氧化劑的更大抵抗力。大孔陰離子樹脂（圖2）由于其多孔結構而更耐有機污染。除聚苯乙烯 - 二乙烯基苯樹脂外（圖3），有更新的丙烯酸結構樹脂，增加了它們對有機污垢的抵抗力。
圖2為大孔強堿陰離子樹脂的顯微鏡觀察。（由陶氏化學公司提供。）
圖3、磺酸強酸陽離子樹脂（Amberlite lR-120），（XL）的化學結構式：交X聯；（PC）：聚合物鏈；（ES）：交換網站；（EI）：可交換離子。
除塑料基質外，離子交換樹脂還含有可電離的官能團。這些官能團由帶正電的陽離子元素和帶負電的陰離子元素組成。然而，只有一種離子物質是可移動的。另一個離子基團連接到珠子結構上。圖4是強酸陽離子交換樹脂珠的示意圖，其具有由固定的陰離子（SO 3）基團和可移動的鈉陽離子（Na +）組成的離子位點。當原水離子擴散到珠子結構中并交換官能團的可移動部分時，發生離子交換。從珠子中移出的離子擴散回水溶液中。
圖4、水合強酸陽離子交換劑的示意圖。（由羅門哈斯公司提供。）
