通过合理的运用电极界面双电层区域离子分布的特点，研究了一种基于双电层效应的离子分离方法（EDLS）。EDLS可使水中无序分布的重金属离子和非重金属离子在电极界面双电层区域实现有序分布，即形成以配位作用主导并与电极材料表面络合的重金属离子层，和以静电作用主导的非重金属离子层。通过控制电压和水流通量，可实现重金属和非重金属离子的分离。实验结果表明，对于水中低浓度的铅、镉和汞离子，通过EDLS可使其出水浓度达到饮用水标准；此外，EDLS可在较宽pH范围（pH 2~11），离子强度（1 mM~100 mM NaNO3）和强络合剂（如EDTA）存在下，实现重金属离子的高效分离。其操作电压低于1.2 V，工作周期能耗仅为16 mWh-1，电极材料经3000次周期的工作和再生，容量能保持在98%以上，其寿命比传统吸附方法高两个数量级。