Ačkoli má nemodifikované granulované aktivní uhlí bohatou strukturu pórů, jeho povrchové funkční skupiny jsou jediného typu a jeho vazebná schopnost s ionty těžkých kovů je relativně slabá. Adsorpční kapacita je často omezena fyzikální adsorpcí. V posledních letech lze pomocí technik povrchové modifikace, jako je chemická oxidace, nanášení oxidů kovů a roubování organických ligandů, výrazně optimalizovat povrchové chemické vlastnosti granulovaného aktivního uhlí, což poskytuje účinný způsob, jak zlepšit adsorpční výkon pro těžké kovy.
Chemická oxidační modifikace je jednou z nejčastěji používaných metod. Ošetřením granulovaného aktivního uhlí oxidanty, jako je kyselina dusičná a peroxid vodíku, lze zavést velké množství funkčních skupin obsahujících kyslík-. Tyto skupiny se spojují s ionty těžkých kovů prostřednictvím elektrostatické přitažlivosti a koordinačních reakcí. Například po oxidaci aktivního uhlí z kokosových skořápek 5 mol/l kyselinou dusičnou se obsah povrchových karboxylů zvýšil z 0,5 mmol/g na 2,3 mmol/g. Adsorpční proces se posunul z dominantní fyzikální adsorpce na chemickou adsorpci a doba adsorpční rovnováhy se zkrátila o 30 %. Navíc oxidační modifikace může také zvýšit povrchovou hustotu záporného náboje a prostřednictvím iontové výměny zvýšit selektivní adsorpci kationtů.
Nanesením oxidů kovů se materiál modifikuje zavedením kovových aktivních míst s vysokou afinitou na povrch granulovaného aktivního uhlí, čímž se vytvoří synergický adsorpční systém "porézní struktura - kovové místo". Studie ukázaly, že povrchové skupiny naloženého magnetického granulovaného aktivního uhlí s ním mohou vytvářet vnitřní komplexy s adsorpční kapacitou 126 mg/g, což je 4,2krát větší než u nemodifikovaného vzorku. Navíc jej lze rychle oddělit a získat zpět pod vnějším magnetickým polem. Podobně se zvýší adsorpční kapacita naplněného granulovaného aktivního uhlí na 98 mg/g. Poskytuje nejen redoxní místa, ale také zvyšuje účinek chemické adsorpce prostřednictvím hydroxylových skupin.
Roubování organických ligandů pro modifikaci zahrnuje fixaci organických molekul se specifickými chelatačními funkcemi na povrch granulovaného aktivního uhlí prostřednictvím kovalentních vazeb, čímž se dosáhne cílené adsorpce iontů těžkých kovů. Například granulované aktivní uhlí roubované disulfiramátem má na svém povrchu funkční skupiny síry, které s ním mohou tvořit stabilní cheláty s adsorpční kapacitou až 210 mg/g a udržovat stabilní adsorpční účinnost v daném rozmezí. To řeší problém výrazného poklesu adsorpční kapacity tradičních adsorpčních materiálů v silně kyselých podmínkách. Účinek prostorové sterické zábrany organických ligandů může navíc snížit nespecifickou vazbu na adsorpčních místech a zlepšit tak selektivitu pro cílové těžké kovy.
Úprava povrchu však také čelí problémům: nadměrná oxidace může způsobit kolaps struktury pórů, což má za následek zmenšení specifické plochy povrchu; nadměrné zatížení oxidy kovů může vést k aglomeraci, snížení účinných aktivních míst; rychlost roubování organických ligandů je omezena počtem povrchových hydroxylových skupin a může se také rozpustit při dlouhodobém-používání. Budoucí výzkum by se měl zaměřit na optimalizaci parametrů modifikačního procesu, vývoj strategií „multifunkční synergické modifikace“ a kombinování výpočtů hustoty funkcionální teorie za účelem odhalení mechanismu interakce mezi povrchovými funkčními skupinami a ionty těžkých kovů, což poskytne teoretickou podporu pro návrh účinných materiálů pro adsorpci těžkých kovů.