Хоча немодифіковане гранульоване активоване вугілля має багату пористу структуру, його поверхневі функціональні групи є єдиного типу, а його здатність зв’язувати іони важких металів є відносно слабкою. Адсорбційна здатність часто обмежена фізичною адсорбцією. В останні роки за допомогою методів модифікації поверхні, таких як хімічне окислення, завантаження оксидів металів і щеплення органічних лігандів, хімічні властивості поверхні гранульованого активованого вугілля можна значно оптимізувати, забезпечуючи ефективний спосіб покращити адсорбційні характеристики важких металів.
Модифікація хімічного окислення є одним із найбільш часто використовуваних методів. Обробляючи гранульоване активоване вугілля окислювачами, такими як азотна кислота та перекис водню, можна ввести велику кількість кисневмісних-функціональних груп. Ці групи поєднуються з іонами важких металів за допомогою електростатичного притягання та координаційних реакцій. Наприклад, після окислення азотною кислотою 5 моль/л активованого вугілля зі шкаралупи кокосового горіха поверхневий вміст карбоксилу збільшився з 0,5 ммоль/г до 2,3 ммоль/г. Процес адсорбції змінився від домінування фізичної адсорбції до домінування хімічної адсорбції, а час адсорбційної рівноваги скоротився на 30%. Крім того, модифікація окислення також може збільшити поверхневу щільність негативного заряду та за допомогою іонного обміну посилити селективну адсорбцію катіонів.
Завантаження оксидів металів модифікує матеріал, вводячи металеві активні центри з високою спорідненістю на поверхню гранульованого активованого вугілля, створюючи таким чином систему синергетичної адсорбції «пориста структура - металеве місце». Дослідження показали, що поверхневі групи навантаженого магнітного гранульованого активованого вугілля можуть утворювати з ним внутрішні комплекси з адсорбційною здатністю 126 мг/г, що в 4,2 рази більше, ніж у немодифікованого зразка. Крім того, його можна швидко відокремити та відновити під дією зовнішнього магнітного поля. Так само адсорбційна здатність завантаженого гранульованого активованого вугілля підвищується до 98 мг/г. Він не тільки забезпечує окисно-відновні центри, але й посилює ефект хімічної адсорбції через гідроксильні групи.
Прищеплення органічних лігандів для модифікації передбачає фіксацію органічних молекул зі специфічними хелатними функціями на поверхні гранульованого активованого вугілля через ковалентні зв’язки, таким чином досягаючи цілеспрямованої адсорбції іонів важких металів. Наприклад, гранульоване активоване вугілля, щеплене дисульфіраматом, має на своїй поверхні функціональні групи сірки, які можуть утворювати з ним стабільні хелати, з адсорбційною здатністю до 210 мг/г і зберігаючи стабільну ефективність адсорбції в діапазоні. Це вирішує проблему значного зниження адсорбційної здатності традиційних адсорбційних матеріалів у сильних кислотних умовах. Крім того, ефект просторової стеричної перешкоди органічних лігандів може зменшити не-специфічне зв’язування в місцях адсорбції, покращуючи селективність для цільових важких металів.
Однак модифікація поверхні також стикається з проблемами: надмірне окислення може спричинити руйнування структури пор, що призведе до зменшення питомої площі поверхні; надмірне навантаження оксидів металів може призвести до агломерації, зменшення ефективних активних центрів; швидкість прищеплення органічних лігандів обмежена кількістю поверхневих гідроксильних груп, і вони також можуть розчинятися під час тривалого-користування. Майбутні дослідження мають бути зосереджені на оптимізації параметрів процесу модифікації, розробці стратегій «багатофункціональної синергетичної модифікації» та об’єднанні розрахунків теорії функціоналу густини для виявлення механізму взаємодії між поверхневими функціональними групами та іонами важких металів, забезпечуючи теоретичну підтримку для розробки ефективних матеріалів для адсорбції важких металів.