journal article·2026-07-21Open access

MXene-Modified Forward Osmosis Membrane with Enhanced Water Flux and PFAS Rejection from Landfill Leachate

Mohammadali Vafaei, Guangyu Zhu, Alejandro J. Vargas, Bianca Deona, Lai Wei, Jing-An Lin, Meng-Qiang Zhao, Heyang Yuan, Wen Zhang, Lijie Zhang

Abstract

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Forward osmosis (FO) is a promising membrane technology for removing emerging contaminants in water, whereas its applications remain limited by low water flux, internal concentration polarization (ICP), and fouling. To address these issues, in this study, thin-film composite (TFC) membranes were fabricated by incorporating MXene nanosheets, a two-dimensional transition metal carbide, into the polyethersulfone (PES) support layer, followed by interfacial polymerization to form a polyamide active layer. The membranes were characterized using FTIR, FESEM, EDX mapping, AFM, zeta potential analysis, and water contact angle measurements to evaluate their chemical structure, surface morphology, MXene distribution, surface roughness, surface charge, and hydrophilicity. MXene addition (0.25–2 wt %) increased porosity, pore size, and hydrophilicity of the support layer, while excessive loading (4 wt %) resulted in pore blockage and compromised support-layer properties. The optimized TFC membrane (TFC-MX2, 2 wt %) achieved a water flux of 27.4 L·m –2 ·h –1, 201.1% higher than that of the unmodified membrane (TFC-Pristine), while maintaining a low reverse salt flux of ∼3.14 g·m –2 ·h –1 in normal FO mode. The structural parameter decreased by 72.5%, suggesting reduced ICP effects and improved support-layer transport characteristics. The TFC-MX2 membrane achieved 97.8 and 96.6% average rejection of perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFAS), as model micropollutants, in synthetic PFAS solutions and landfill leachate, respectively, while exhibiting reduced fouling propensity compared with TFC-Pristine. Overall, the findings demonstrate that MXene-modified FO membranes represent a promising approach for enhancing PFAS rejection in FO applications.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Membrane Separation Technologies · MXene and MAX Phase Materials · Graphene research and applications

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Chemistry and Environmental Science

New Jersey Institute of Technology

Department of Civil and Environmental Engineering

Department of Chemical and Materials Engineering

Temple University

Funding

Bureau of Reclamation · New Jersey Institute of Technology · National Science Foundation (NSF)

References (85)

Show source-provided references
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