吸着剤
3.1 ケーススタディ
産業汚泥由来の吸着剤では、pH、吸着剤用量、吸着剤濃度、接触時間など、プロセスの効率に大きく影響しうる様々なパラメータを考慮する必要がある。 これらの材料を用いた水の除染は、広範囲に研究され、文献に報告されている（Devi and Saroha, 2016）。 ここでは、同じ汚染物質に対して異なる種類の産業汚泥を比較した、様々な産業からの汚泥の使用に関する事例のみを取り上げます。 実験手法や結果に関する詳細な情報は、参考文献リストの各関連文献に記載されている。
Pb、Cd、Crは、排水中に高濃度で発生する産業活動由来の主な重金属である。 特にPbは低濃度でも食物連鎖で生物濃縮する傾向があり、非常に危険です。
Martínら（2005）は、汚染された水溶液からPb、亜鉛（Zn）、Cdを除去するための高炉スラッジの使用を調査しています。 高炉スラッジは鉄の酸化物とコークスからなり、製鉄業の副産物である。 このスラッジの比表面積は27.4m2/gであり、鉛との親和性が高いことが報告されている。 実際、Pb吸着量は64.2〜79.9mg/gで、温度が20℃から80℃に上がるにつれて増加した。ZnとCdの吸着量は、それぞれ4.23〜9.16mg/g、6.74〜10.2mg/gと、温度上昇とともに増加した。 さらに、高炉スラッジは同じ製鉄業の副産物である圧延機スケールよりも多くの金属を吸着することがわかった。
鉄鋼生産の基礎酸素炉のスラッジ濃縮機に由来する清澄スラッジを低コストの吸着剤として使用した場合も、同様のPb吸着効率の報告がある (Naiya et al., 2009). この場合、比表面積は約78.5 m2/gとMartínら（2005）の報告より高いものの、吸着容量は約92.5 mg/gと同程度であった。 最適条件（すなわち、pH値5、吸着剤用量レベル5g/L、接触時間1時間）では、Pbの除去率は30℃から50℃への温度上昇とともに減少した。
赤泥も水処理用の吸着剤として頻繁に使用される広く普及している産業副産物の1つである。 この固形廃棄物残渣は、アルミナ生産中のボーキサイト鉱石の塩基性消化に由来する（Bhatnagar et al.、2011）。 赤泥はその強い塩基性により、Pb、Cr、Cd、Znなどの金属吸着によく使用される。 Santona ら（2006）は、未処理および酸処理した赤泥を使用して、Pb、Cd、Zn の吸着容量を調査した。 酸処理はHClで行い、その後蒸留水で洗浄した。 比表面積は未処理の赤泥で18.9 m2/g，酸処理した赤泥で25.2 m2/gとなり，吸着性能は未処理の赤泥と同じであった． しかし，未処理の赤泥が吸着する金属量は，処理後の赤泥が吸着する金属量よりも大きかった． 両吸着剤ともZnはPbやCdよりも効率的に除去された。
赤泥にさらに処理を施すと、表面積に大きな影響を与えた。 最も高いSBETである28.0m2/gは、HCl活性化＋600℃加熱後に得られたものである。 HCl活性化のみのSBET値は20.7 m2/gであり，水のみで洗浄した赤泥では最も低い値14.2 m2/gが得られた。 この場合も、表面積の増加は吸着剤の吸着能力を反映していなかった。なぜなら、調査した3種類の金属、Pb、Cu、Crのすべてについて、未処理の赤泥で最大吸着量に達したからである(Apak et al., 1998）。
赤泥をH2O2と空気で処理すると、吸着量（Pb 64.8 mg/gとCr 35.7 mg/g）、比表面積（108 m2/g）とも効率的にISBAを生成するようだった（Gupta et al.、2001）。 赤泥は、水溶液から Zn イオンなどの他の重金属を除去するためにも使用された (Sahu et al.、2011)。 CO2の隔離と500℃での焼成によって中和された赤泥の処理では、最大吸着容量14.9 mg/gが得られ、これは96%のZn除去能力に相当する。 著者らは、この活性化法によってSBETが向上し、68.2 m2/gに達し、未処理の赤泥の表面積値（31.7 m2/g）の約2倍になることを強調した。 比表面積の値は、赤泥に関する以前の研究で見つかった値よりも高かったが、Zn吸着容量はPbよりも低かった。
Mishraら（2013）によっても、乾燥製鉄所廃スラッジを吸着材として用いたときに、7mg/g範囲の低いZn吸着の値が見出された。 SBET値（平均7.5m2/g）はMartínら（2005）が見出した値よりはるかに低かったが、吸着容量は同等であった。
ISBAは汚染溶液からの色素除去にも広く使用されている。 無機および有機の ISBA を用いて、染料吸着に関する数多くの研究が行われてきた。 しかし、その結果は、塩基性または酸性染料の除去には、無機吸着剤よりも有機工業用吸着剤がより効率的であることを示している（Bhatnagar and Jain, 2005; Jain et al.）。 2003）。
Jainら（2003）が調べた産業廃棄物のうち、クリソイジンG、クリスタルバイオレット、メルドラブルーなどの塩基性染料の除去には、製鉄所からのもの（高炉スラグ、ダスト、スラッジなど）よりも肥料工業から得られたスラッジが適していることが示された。 この廃棄物はすべて同様の処理に基づき活性化された。 どの吸着剤も各染料に対して同様の吸着傾向を示したが、最も親和性が高かったのはメルドラブルーであった。 この染料の最大吸着量は、炭素質吸着剤で170 mg/g、高炉スラッジで67 mg/g、高炉ダストで34 mg/g、高炉スラグで3.7 mg/gであった。 また、これらの値は吸着剤の表面積の減少傾向(それぞれ380, 28, 13, 4 m2/g)に正確に対応していた。
紙やセルロースの製造から生じるスラッジでも色素を除去することができる。 このタイプの吸着剤の主な利点は、有機物の含有量が高く、製紙産業によって大量に生産されていることである（Jaria et al.） このスラッジは有害物質や化学添加物を含む可能性があり、そのため処理と活性化が必要であるが、低コストの吸着剤としての再利用は非常に効率的と思われる。
活性化処理後、この炭素質吸着剤は水性溶液からアニオン性色素（反応赤、34.3mg/g）よりもカチオン性色素（メチレンブルー、263mg/g）を効果的に除去した（Li et al.、2011年）。 また、低温で炭化し、水蒸気による物理的活性化を経て得られたこの吸着剤（平均135 m2/g）の比表面積は、生汚泥（25 m2/g）の約5倍であった。 Nasrら（2017）は、低コストの吸着剤調製のための原料前駆体として使用されるペーパースラッジの、炭酸カリウム（K2CO3）による化学活性化、その後の蒸気による物理活性化が、水性溶液からの高いレベルのメチレンブルー色素除去を達成したことを示しました。 最適な条件下で、最大吸着容量は260mg/gであった。 これは、900℃の活性化温度で得られた細孔構造の発達を反映しており、比表面積は908 m2/gと、生のペーパースラッジの約56倍となった。 Bhatnagarら（2007）は、製紙スラッジから吸着剤によってアニオン性染料がカチオン性染料よりも少量除去されることを見いだした。 これらの結果は、空気による物理的活性化（500℃）後でも、オレンジG染料の吸着容量は62.3mg/gに過ぎないことを示している。 しかし、製紙スラッジのアニオン性染料の除去効果は、市販の活性炭より若干低いものであった。 したがって、ペーパーミルスラッジは、その低コストを考えると、依然として水からの染料除去のための効率的な吸着剤とみなすことができる。
結論として、ISBAの場合の汚染物質吸着は、前駆物質に関するいくつかの要因、および準備方法に関する種々のパラメータに依存している。 これらの要因は、最も効果的な水質浄化を得るために研究される必要がある。