پدیده تبادل یون اولین بار در اواسط قرن هجدهم و به دنبال مشاهده توانایی خاکهای زراعی در تعویض و استفاده برخی از یونها مثل آمونیوم با یون Ca و Mg موجود در ساختمان آنها مشاهده شد . در سال 1870 با انجام آزمایشهای متعددی ثآبت شد که بعضی از کانیهای طبیعی بخصوص زئولیتها توانایی انجام تبادل یون ها را دارند.
اما این مواد دارای کمبود هایی بودند. این زئولیتها میتوانستند فقط یون سدیم را جایگزین کلسیم و منیزیم محلول در آب نمایند و آنیونهایی از قبیل سولفات ، کلراید و سیلیکاتها بدون تغییر باقی میمانند که واضح است چنین آبی برای همه صنایع مطلوب نیست. پس از انجام تحقیقات در اواسط دهه 1930 در هلند زئولیت هایی ساخته شد که به جای سدیم فعال ، هیدروژن فعال داشتند. این زئولیتها که به تعویض کنندههای کاتیونی هیدروژنی معروف بوده ، سیلیس نداشته و علاوه بر این قادرند همزامان هم سختی آب را حذف کنند و هم قلیائیست آب را کاهش دهند.
برای بهبود صنعت تصفیه آب ، رزینهای تعویض آنیونی تولید شد. رزینهای آنیونی تمام آنیونهای آب را از جمله سیلیس را حذف مینمایند همچنین پژوهشگران دریافتند که سیلیکات آلومینیم موجود در خاک قادر به تعویض یونی میباشد. این نتیجه گیری با تهیه ژل سیلیکات آلومینیم از ترکیب محلول سولفات آلومینیم و سیلیکات سدیم به اثبات رسید. بنآبراین اولین رزین مصنوعی که ساخته شد سیلیکات آلومینیم بود. و امروزه اکثر رزینهای تعویض یونی که در تصفیه آب بکار میروند رزینهای سنتزی هستند که با پلیمریزاسیون ترکیبات آلی حاصل شدهاند.
رزینهای موازنه کننده یون ، ذرات جامدی هستند که میتوانند یونهای نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزینهای تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی میباشد بگونهای که از نظر الکتریکی خنثی هستند. موازنه کنندهها با محلولهای الکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون ، متحرک و قابل تعویض است به عنوان مثال ، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکالهای آنیونی SO2-3 میباشد که کاتیون متحرکی مثل +H یا +Na به آن هستند.
این کاتیونهای متحرک میتوانند در یک واکنش تعویض یونی شرکت کنند به همین صورت یک تعویض کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیر متحرکی است که آنیونهای متحرکی مثل -Cl یا -OH به آن متصل میباشد. در اثر تعویض یون ، کاتیونها یا آنیونهای موجود در محلول با کاتیونها و آنیونهای موجود در رزین تعویض میشود ، بگونهای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی میماند. در اینجا با تعادل جامد مایع سروکار داریم بدون آنکه جامد در محلول حل شود. برای آنکه یک تعویض کننده یونی جامد مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:
- خود دارای یون باشد.
- در آب غیر محلول باشد.
- فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد ، بطوریکه یونها بتوانند به سهولت در شبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.
در مورد رزینهای کاتیونی هر دانه رزین با آنیون غیر تحرک و یون متحرک +H را میتوان همچون یک قطره اسید سولفوریک با غلظت 25% فرض نمود. این قطره در غشایی قرار دارد که فقط کاتیون میتواند از ان عبور نماید.