Iako nemodificirani granulirani aktivni ugljen ima bogatu strukturu pora, njegove površinske funkcionalne skupine su jedne vrste, a njegova sposobnost vezanja s ionima teških metala je relativno slaba. Kapacitet adsorpcije često je ograničen fizičkom adsorpcijom. Posljednjih godina, tehnikama površinske modifikacije kao što je kemijska oksidacija, unošenje metalnih oksida i cijepljenje organskih liganda, površinska kemijska svojstva granuliranog aktivnog ugljena mogu se značajno optimizirati, pružajući učinkovit način za poboljšanje performansi adsorpcije teških metala.
Modifikacija kemijskom oksidacijom jedna je od najčešće korištenih metoda. Obradom granuliranog aktivnog ugljena oksidansima kao što su dušična kiselina i vodikov peroksid, može se uvesti velik broj funkcionalnih skupina koje-sadržavaju kisik. Te se skupine spajaju s ionima teških metala putem elektrostatskog privlačenja i koordinacijskih reakcija. Na primjer, nakon 5 mol/L dušične kiseline aktivnog ugljena iz ljuske kokosovog oraha, površinski sadržaj karboksilnih skupina povećao se s 0,5 mmol/g na 2,3 mmol/g. Proces adsorpcije se pomaknuo s dominacije fizičke adsorpcije na dominantnu kemijsku adsorpciju, a vrijeme adsorpcijske ravnoteže skraćeno je za 30%. Štoviše, oksidacijska modifikacija također može povećati površinsku gustoću negativnog naboja i putem ionske izmjene poboljšati selektivnu adsorpciju kationa.
Stavljanje metalnih oksida modificira materijal uvođenjem metalnih aktivnih mjesta s visokim afinitetom na površinu granuliranog aktivnog ugljena, čime se konstruira sinergistički adsorpcijski sustav "porozna struktura - metalno mjesto". Studije su pokazale da površinske skupine napunjenog magnetskog granuliranog aktivnog ugljena mogu s njim tvoriti unutarnje komplekse, s adsorpcijskim kapacitetom od 126 mg/g, što je 4,2 puta više od nemodificiranog uzorka. Štoviše, može se brzo odvojiti i povratiti pod vanjskim magnetskim poljem. Slično, adsorpcijski kapacitet napunjenog granuliranog aktivnog ugljena je povećan na 98 mg/g. Ne samo da osigurava redoks mjesta, već i pojačava učinak kemijske adsorpcije putem hidroksilnih skupina.
Cijepljenje organskih liganada za modifikaciju uključuje fiksiranje organskih molekula sa specifičnim funkcijama keliranja na površinu granuliranog aktivnog ugljena putem kovalentnih veza, čime se postiže ciljana adsorpcija iona teških metala. Na primjer, granulirani aktivni ugljen cijepljen disulfiramatom ima sumporne funkcionalne skupine na svojoj površini koje mogu tvoriti stabilne kelate s njim, s kapacitetom adsorpcije do 210 mg/g, i održavajući stabilnu učinkovitost adsorpcije unutar raspona. Time se rješava problem značajnog pada adsorpcijskog kapaciteta tradicionalnih adsorpcijskih materijala u jakim kiselim uvjetima. Štoviše, učinak prostorne steričke smetnje organskih liganada može smanjiti ne-specifično vezanje na adsorpcijskim mjestima, poboljšavajući selektivnost za ciljne teške metale.
Međutim, modifikacija površine također se suočava s izazovima: prekomjerna oksidacija može uzrokovati kolaps strukture pora, što rezultira smanjenjem specifične površine; prekomjerno opterećenje metalnim oksidima može dovesti do aglomeracije, smanjujući učinkovita aktivna mjesta; brzina cijepljenja organskih liganada ograničena je brojem površinskih hidroksilnih skupina, a također se mogu otopiti tijekom dugotrajne -upotrebe. Buduća bi se istraživanja trebala usredotočiti na optimizaciju parametara procesa modifikacije, razvijanje strategija "multifunkcionalne sinergijske modifikacije" i kombiniranje izračuna teorije funkcionalne gustoće kako bi se otkrio mehanizam interakcije između površinskih funkcionalnih skupina i iona teških metala, pružajući teoretsku potporu za dizajn učinkovitih materijala za adsorpciju teških metala.