For about 60 years, it is known that “limiting current” density does not really limit the current density in electrodialysis (ED). The use of intensive currents allows one to decrease the area of expensive ion-exchange membranes, hence to obtain more compact ED plants with lower investment costs. However, in practice overlimiting currents are applied solely in electrodeionization, and not in conventional ED devices. In literature (H. Strathmann [1]), overlimiting current density operation ED is considered as being under ongoing research and development. Where is the research today? What is the actual understanding of overlimiting mass transfer processes in membrane systems? As far as electroconvection is involved as a major mechanism of overlimiting transfer, what could bring specific knowledge and practice acquired in nano- and microfluidics into desalination? Can overlimiting ED be economically advantageous? Is there an alternative for classical ED devices applied? This review is intended to give some responses to these questions.

Lithium is one of the strategic chemical elements that is of significant interest to the world industry. Growing demand is forcing researchers to look for new effective ways to extract it, both from traditional sources (brines, minerals, spent lithium-ion batteries (LIBs), etc.) and reserves. The review mainly presents information on the effectiveness of commercial filtration and ion-exchange membranes that are of interest for lithium recovery, based on tests using as feed solutions of complex mixtures, natural solutions, leachate solutions of rocks, as well as spent LIBs. A comparison is made of the methods of selective electrodialysis with monovalent-ion-permselective membranes, electrodialysis with conventional ion-exchange membranes and bipolar electrodialysis, nanofiltration, capacitive deionization and membrane capacitive deionization, electrolysis and electrobaromembrane separation, and some others. In contrast to other review articles in this field, the efficiency of lithium extraction, recovery and recycling by different methods is compared by assessing the same parameters: competing ions fluxes through the membrane and selective ion separation coefficient. It has been shown that membrane methods can provide high selectivity and performance for the extraction of lithium, both from solutions with multivalent cations (as Ca2+ and Mg2+; Co2+, Ni2+ and Mn2+) and from solutions containing monovalent cations (Na+ and K+).

Phosphate transport through anion-exchange membranes (AEM) during electrodialysis (ED) is complicated by proton-transfer reactions, which are absent in the case of strong electrolytes. This complexity hinders the full practical utilization of ED's benefits due to a lack of understanding of the underlying transport mechanisms. In this work, the mechanisms of phosphate transport are studied by chronopotentiometry using a Neosepta AMX membrane in 0.02 M KH2PO4 solution at pH 4.7. Experimental chronopotentiograms measured at different current densities are simulated using a new non-stationary mathematical model. The model makes it possible for the first time to describe ion transport, complicated simultaneously by proton-transfer reactions and electroconvection. Good quantitative agreement between simulated and experimental chronopotentiograms is obtained. The reasons for the appearance of two transition times on the chronopotentiograms are theoretically justified. It is found that after applying a direct current to the membrane system, which is initially in equilibrium, a gradual decrease in the current efficiency of pentavalent phosphorus recovery, ηP, occurs over about 20 min; the value of ηP may decrease by 40 %.

In recent, nutrient recovery from wastewater by selective electrodialysis has been getting more attention, especially for non-renewable elements like phosphorus. However, phosphates usually possess a slow transfer flux in the electrodialysis process. This study aimed to decipher the influence of competing anions and dissolved organic matters (DOM) on phosphate migration with and without electric field. Anions that do and do not participate in protonation-deprotonation reactions showed discrepant effects on competitive phosphate transport. Carbonates enhance the sorption of phosphates in the anion exchange membrane and their diffusion through the membrane. However, this advantage gradually reduced with the increasing voltage during the selective electrodialysis, caused by the development of water splitting and an increase of the carbonate charge in the membrane. DOM substances, especially humic and fulvic acids, delay the phosphate transfer by the formation of fouling and biofouling and substantially intensify water splitting. With the increase of electric field, fouling of humic and fulvic acids were enhanced, while the presence of DOM has little effect on phosphate in Donnan dialysis. These findings help the understanding of phosphorus transfer in the electrodialysis process, and providing insights into the underlying mechanisms of membrane selectivity in competitive ion transport.