Continuous and Selective Removal of Lead from Drinking Water by Shock Electrodialysis

电渗析 电动现象 铅(地质) 化学 自来水 水处理 锅炉给水 离子 环境化学 环境科学 环境工程 废物管理 锅炉(水暖) 有机化学 物理化学 工程类 地质学 地貌学 生物化学
作者
Huanhuan Tian,Mohammad A. Alkhadra,Kameron M. Conforti,Martin Z. Bazant
出处
期刊:ACS ES&T water [American Chemical Society]
卷期号:1 (10): 2269-2274 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acsestwater.1c00234
摘要

The affordable and effective removal of traces of toxic heavy metal ions, especially lead, from contaminated drinking water in the presence of excess sodium or other competing ions has been a long-standing goal in environmental science and engineering. Here, we demonstrate the possibility of continuous, selective, and economical removal of lead from dilute feedwater using shock electrodialysis. For models of lead-contaminated tap water, this process can remove approximately 95% of dissolved lead (to safe levels below 1 ppb), compared to 40% of sodium ions, at 60% water recovery and at an electrical energy cost of only 0.01 kW h m–3. We are able to fit and interpret the separation data with a pore-depth-averaged electrokinetic model that reveals the mechanisms for selective separation of lead ions. This selectivity is enabled by the faster transport of lead ions from the charged porous medium to the cathode stream, as well as their larger barrier to escape to the fresh stream compared to sodium ions. The experimental and theoretical results could be used to guide the development of low-cost, point-of-use systems for continuous removal of lead from municipal water.

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