D301大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂以苯乙烯-二乙烯苯共聚物为骨架，通过氯甲基化后与二甲胺反应引入叔胺基，功能基团为R-N(CH₃)₂，其中R代表聚合物骨架。该树脂在酸性溶液中发生质子化，形成R-NH⁺(CH₃)₂基团，能够以静电作用吸附Cl⁻、SO₄²⁻、NO₃⁻等无机酸根，也能吸附有机酸根。当树脂负载的酸根达到饱和后，必须通过再生工序恢复其交换活性。再生本质是碱液中的OH⁻对树脂上酸根离子的定量置换过程。
再生反应的化学基础在于弱碱性叔胺基的酸碱特性。质子化的叔胺基R-NH⁺(CH₃)₂的共轭酸呈弱酸性，其pKa约为9.5，因此强碱氢氧化钠溶液能够提供足够浓度的OH⁻，使平衡向去质子化方向移动。树脂吸附酸根与再生的核心反应式如下：
吸附过程：R-N(CH₃)₂ + HCl ⇌ R-NH⁺(CH₃)₂Cl⁻ 再生过程：R-NH⁺(CH₃)₂Cl⁻ + NaOH ⇌ R-N(CH₃)₂ + NaCl + H₂O
再生时，OH⁻夺取叔胺基上的质子，同时Cl⁻被排入溶液。由于碱液浓度远高于树脂相中被置换出的Cl⁻浓度，平衡强烈向右移动，再生反应可以完全进行，无需大量过量碱。这一特性决定了D301树脂的再生碱耗显著低于强碱性阴离子交换树脂。
工业再生操作按以下步骤执行。第一步为反洗。从交换柱底部通入清水，流量控制在10～15 m/h，保持树脂床膨胀率不低于50%，反洗持续10～20 min，直至出水澄清。该步骤去除运行阶段截留的悬浮物、机械杂质和破碎树脂，同时重新排列树脂层，消除偏流和沟流。
第二步为注入再生液。配制质量分数4%的氢氧化钠溶液，采用顺流方式从柱顶向下通过树脂层。再生液流速严格控制在4～6 m/h，用量为树脂体积的1.5～2倍。再生液温度应保持在20～40 ℃。温度升高可提高OH⁻的扩散系数和反应速度，但严禁超过50 ℃，否则苯乙烯系骨架可能发生溶胀变形和功能基脱落。
第三步为置换慢洗。再生液加注完毕后，不立即转为大流量正洗，而是继续以再生液相同的流速通入软化水或纯水，持续30 min。置换阶段使残留在树脂颗粒内部和颗粒间的再生液继续完成化学反应，并将尚未排出的Cl⁻和过量NaOH缓慢推出床层，避免正洗初期浓度骤变引起树脂层剧烈收缩。
第四步为正洗。置换结束后，自上向下通入原水或软化水，流量提高至10～15 m/h。正洗终点由出水水质决定：对于用于脱盐工艺的D301树脂，出水pH应小于8，电导率低于5 μS/cm；对于用于有机酸回收的场合，以出水中氯离子浓度低于设定限值为准。正洗总耗水量为树脂体积的4～6倍。
再生效果需通过容量检测确认。取再生后的树脂样品，用1 mol/L盐酸将树脂转为氯型，再用硝酸银滴定法测定氯离子含量，计算出体积交换容量。再生合格的树脂，其强酸吸附容量应恢复至出厂值的90%以上。若低于此值，检查再生液浓度、接触时间及再生剂用量是否达标。
D301树脂的再生操作必须注意以下几点。首先，氢氧化钠溶液中的Na⁺不会与树脂结合，但再生液若使用硬水配制，水中的Ca²⁺、Mg²⁺可能与OH⁻生成氢氧化物沉淀，堵塞大孔结构，因此配制再生液必须使用软化水。其次，再生液浓度不宜超过6%，过高浓度导致树脂收缩率增大、扩散阻力上升，反而降低再生效率。最后，每次再生后应对树脂层进行一定时间的浸泡，使内部功能基团充分恢复，浸泡时间以2 h为宜，但不宜超过24 h，防止微生物滋生导致有机物污染。
实际运行中，D301树脂常被用于处理含盐酸、硫酸或有机酸的工业废水。若废水中同时存在氧化性物质（如游离氯、高浓度硝酸根），必须预先去除，否则会氧化破坏叔胺基和苯乙烯骨架。再生频率由进水酸根总量和出水泄漏量决定，通常当出水酸根浓度超过控制指标时立即再生，不需要严格按周期天数操作。
以上工艺参数和反应机理适用于D301树脂的常规工业再生产和实验室柱式再生。实验室小柱再生时，将上述流速按柱截面积换算为线性流速，保持接触时间不低于30 min，即可获得与工业装置一致的再生效果。