חילוף יונים
חילוף יונים מוגדר כהחלפה של יונים בין שני אלקטרוליטים. אולם, המילים חילוף יונים נפוצות יותר בתיאור של מספר תהליכים כגון טיהור שפכים, הפרדה, ונטרול זיהום של תמיסות מימיות או תמיסות שמכילות יונים אחרים כאשר נעשה שימוש במחליף יונים מוצק. בתהליכי חילוף יונים, היונים מוחלפים בין תמיסה ומחליף יונים, מוצק לא-נוזלי או ג'ל. מחליפי יונים נפוצים הם שרף, זאוליט, מונטמורילוניט, חרסית והומוס.
מחליפי יונים הם מחליפי קטיונים עבור קטיונים הטעונים במטען חשמלי חיובי או מחליפי אניונים עבור אניונים הטעונים במטען חשמלי שלילי. ישנם גם מחליפים אמפוטריים שיכולים להחליף אניונים וקטיונים במקביל. אולם, החילוף המקביל של קטיונים ואניונים מבוצע באופן יעיל יותר במגיבים שהם מחליפים יוניים הנקראים מצע מעורב. המצע המעורב מכיל תערובת של מחליפי שרפים אניוניים וקטיוניים.
תהליך חילוף היונים הוא תהליך הפיך, וניתן לטעון או להעמיס על המחליף את היון המבוקש באמצעות שטיפה בכמות גדולה של היונים הללו.
שיטת חילוף היונים משמשת באופן נרחב בטיהור מים ביתי ותעשייתי על מנת להפיק מים רכים. דבר זה מושג באמצעות חילוף קטיוני סידן (Ca+2) ומגנזיום (Mg+2) כנגד נתרן (Na+) או מימן (H+).
אולם, התחום שבו חילוף היונים הוא היעיל ביותר מבחינה כלכלית הוא הפרדות יוניות שבהן צריך להפריד תוצר בדרגת טוהר גבוהה, או שיש צורך לחלץ יון המצוי בריכוז נמוך מאוד וכדומה. דוגמה טיפוסית ליישום של התהליך היא הכנת מים טהורים לתעשיות מימיות וגרעיניות.
כרומטוגרפיית חילוף יונים היא שיטה כרומטוגרפיית נפוצה מאוד באנליזות כימיות ובהפרדה של יונים. לדוגמה, בביוכימיה משתמשים בה באופן נרחב כדי להפריד מולקולות טעונות כגון חלבונים.
כמו כן, עושים שימוש נרחב בחילוף יונים גם במזון ובמשקאות חריפים, הידרומטלורגיה, גימור מתכות, תעשיות כימיות ופטרוכימיות, תרופות, סוכר וממתיקים שונים, אדמה ומי תהום, תחום הגרעין, מים תעשייתיים ומרוככים, מוליכים למחצה, כוח, ומגוון רחב של תעשיות אחרות.
דוגמה נוספת היא מחזור "אנטי-פריז" (נוזל מונע קיפאון שבדרך כלל מכיל די אתילן גליקול), שבו מעבירים את הנוזל דרך חומר מחליף יונים ומרחיקים מתכות ומלחים לא רצויים.
