El trabajo actual investiga la fabricación y el rendimiento de membranas nanocompuestas, modificadas con diferentes concentraciones de nanostructuras híbridas que comprenden nanocables de titanio recubiertos con nanopartículas de hierro (TiO NWs-FeO), para la eliminación del colorante Naphthol Blue Black (NBB) de aguas residuales industriales. Se empleó una serie de herramientas analíticas para confirmar la modificación exitosa, incluyendo microscopía electrónica de barrido y análisis EDX, mediciones de porosidad e hidrofobicidad, espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier y difracción de rayos X. La incorporación de TiO NWs-FeO ha mejorado significativamente el rendimiento de la membrana al aumentar el PWF y mejorar las tasas de retención de colorante de las membranas nanocompuestas. Con 0.7 g de contenido de nanostructura, la membrana modificada (M8) logró un PWF de 93 L/m·h y un rechazo de colorante NBB de más del 98%. El análisis de la relación de recuperación de flujo (FRR) reveló propiedades antifouling mejoradas, con la membrana M8 demostrando un FRR del 73.4%. Este estudio confirma el potencial de las membranas modificadas con TiO NWs-FeO para mejorar los procesos de tratamiento de agua, ofreciendo una solución prometedora para el tratamiento de aguas residuales industriales. Estos resultados excepcionales destacan el potencial de las novedosas membranas PES-TiO NWs-FeO para la eliminación de colorantes y presentan una guía adecuada para la modificación de las propiedades físicas de las membranas en el campo del tratamiento de aguas residuales.