Synthesis of a Polymer-Coated Magnetic Activated Carbon-Zeolite Composite and Its Integration into a High-Efficiency MOF-Functionalized Landfill Liner for Simultaneous Removal of Microplastics and PCB 209 from Synthetic Landfill Leachate

ABSTRACT: The persistent contamination of landfill leachate with microplastics (MPs) and hydrophobic organic pollutants such as PCB 209 poses growing threats to environmental and public health, particularly due to their potential migration into groundwater systems. This study presents a multifunctional treatment strategy that combines advanced sorbent synthesis with membrane engineering to address these co-occurring pollutants. A polymer-coated magnetic activated carbon-zeolite (PMACZ) composite was synthesized through sequential chemical activation, magnetization, and surface polymer functionalization, resulting in high surface area, tailored porosity, and diverse functional groups for enhanced adsorption performance. Structural and chemical integrity of the composite was validated using SEM, BET, XRD, and FTIR analyses. The PMACZ was subsequently incorporated into polyethersulfone (PES) membranes functionalized with polydopamine (PDA) and β-cyclodextrin (β-CD), and reinforced with amine-functionalized NH₂-MIL-101(Al) metal-organic frameworks (MOFs). Analytical evaluations revealed complete rejection of MPs and 99.67% removal of PCB 209 from synthetic landfill leachate, as confirmed by fluorescence microscopy and gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS), respectively. This work demonstrates the feasibility of integrating sorptive and selective mechanisms within a high-efficiency, regenerable membrane platform, offering a scalable and sustainable solution for the remediation of complex landfill leachate streams.

RÉSUMÉ: La contamination persistante du lixiviat de décharge par des microplastiques (MPs) et des polluants organiques hydrophobes tels que le PCB 209 représente une menace croissante pour l’environnement et la santé publique, notamment en raison de leur migration potentielle vers les systèmes d’eaux souterraines. Cette étude propose une stratégie de traitement multifonctionnelle combinant la synthèse avancée d’adsorbants et l’ingénierie membranaire afin de traiter ces polluants co-présents. Un composite de charbon activé magnétique et de zéolite revêtu de polymère (PMACZ) a été synthétisé par activation chimique séquentielle, magnétisation et fonctionnalisation de surface, aboutissant à une surface spécifique élevée, une porosité ajustée et une diversité de groupes fonctionnels favorables à l’adsorption. L’intégrité structurale et chimique du composite a été validée à l’aide d’analyses SEM, BET, XRD et FTIR. Le PMACZ a ensuite été incorporé dans des membranes en polysulfone (PES) fonctionnalisées au polydopamine (PDA) et à la β-cyclodextrine (β-CD), puis renforcées par des structures métallo-organiques (MOFs) NH₂-MIL-101(Al) fonctionnalisées par des groupes amine. Les évaluations analytiques ont révélé un rejet complet des MPs et une élimination de 99,67 % du PCB 209 à partir d’un lixiviat de décharge synthétique, comme confirmé respectivement par microscopie à fluorescence et chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse en tandem (GC-MS/MS). Ce travail démontre la faisabilité d’intégrer des mécanismes d’adsorption et de sélectivité au sein d’une plateforme membranaire régénérable et à haute efficacité, offrant une solution durable et évolutive pour la remédiation des lixiviats de décharge complexes.