Modifiye edilmemiş granül aktif karbon zengin bir gözenek yapısına sahip olmasına rağmen yüzey fonksiyonel grupları tek tip olup, ağır metal iyonlarına bağlanma yeteneği nispeten zayıftır. Adsorpsiyon kapasitesi genellikle fiziksel adsorpsiyonla sınırlıdır. Son yıllarda, kimyasal oksidasyon, metal oksitlerin yüklenmesi ve organik ligandların aşılanması gibi yüzey modifikasyon teknikleri yoluyla, granüler aktif karbonun yüzey kimyasal özellikleri, ağır metallerin adsorpsiyon performansını iyileştirmenin etkili bir yolunu sağlayarak önemli ölçüde optimize edilebilmektedir.
Kimyasal oksidasyon modifikasyonu en yaygın kullanılan yöntemlerden biridir. Granülleştirilmiş aktif karbonun nitrik asit ve hidrojen peroksit gibi oksidanlarla işlenmesiyle çok sayıda oksijen-içeren fonksiyonel grup eklenebilir. Bu gruplar, elektrostatik çekim ve koordinasyon reaksiyonları yoluyla ağır metal iyonlarıyla birleşir. Örneğin, hindistancevizi kabuğu aktif karbonunun 5 mol/L nitrik asit oksidasyonundan sonra yüzey karboksil içeriği 0,5 mmol/g'dan 2,3 mmol/g'ye yükseldi. Adsorpsiyon süreci, fiziksel adsorpsiyonun hakimiyetinden kimyasal adsorpsiyonun hakimiyetine geçti ve adsorpsiyon denge süresi %30 kısaldı. Ayrıca oksidasyon modifikasyonu yüzeydeki negatif yük yoğunluğunu da artırabilir ve iyon değişimi yoluyla katyonların seçici adsorpsiyonunu geliştirebilir.
Metal oksitlerin yüklenmesi, granülleştirilmiş aktif karbonun yüzeyine yüksek afiniteye sahip metal aktif bölgelerin eklenmesiyle malzemeyi değiştirir, böylece bir "gözenekli yapı - metal bölgesi" sinerjistik adsorpsiyon sistemi oluşturulur. Çalışmalar, yüklenen manyetik granüler aktif karbonun yüzey gruplarının, değiştirilmemiş numunenin 4,2 katı olan 126 mg/g adsorpsiyon kapasitesiyle birlikte iç kompleksler oluşturabildiğini göstermiştir. Üstelik harici bir manyetik alan altında hızla ayrılıp geri kazanılabiliyor. Benzer şekilde yüklenen granüler aktif karbonun adsorpsiyon kapasitesi 98 mg/g'a çıkarılır. Sadece redoks bölgeleri sağlamakla kalmaz, aynı zamanda hidroksil grupları aracılığıyla kimyasal adsorpsiyon etkisini de arttırır.
Modifikasyon için organik ligandların aşılanması, spesifik şelatlama fonksiyonlarına sahip organik moleküllerin granüler aktif karbonun yüzeyine kovalent bağlar yoluyla sabitlenmesini ve böylece ağır metal iyonlarının hedeflenen adsorpsiyonunun sağlanmasını içerir. Örneğin, disülfiramatla aşılanmış granüler aktif karbonun yüzeyinde, kendisiyle birlikte stabil şelatlar oluşturabilen, 210 mg/g'ye kadar adsorpsiyon kapasitesi olan ve aralık dahilinde stabil adsorpsiyon verimliliğini koruyan sülfür fonksiyonel grupları bulunur. Bu, güçlü asidik koşullar altında geleneksel adsorpsiyon malzemelerinin adsorpsiyon kapasitesindeki önemli düşüş sorununu çözer. Ayrıca, organik ligandların uzaysal sterik engelleme etkisi, adsorpsiyon bölgelerinde spesifik olmayan bağlanmayı azaltarak hedef ağır metallerin seçiciliğini artırabilir.
Bununla birlikte, yüzey modifikasyonu aynı zamanda zorluklarla da karşı karşıyadır: aşırı oksidasyon, gözenek yapısının çökmesine neden olabilir ve bu da spesifik yüzey alanında bir azalmaya neden olabilir; metal oksitlerin aşırı yüklenmesi, etkin aktif bölgelerin azalmasına neden olarak topaklaşmaya neden olabilir; organik ligandların aşılama hızı, yüzeydeki hidroksil gruplarının sayısıyla sınırlıdır ve uzun-süreli kullanım sırasında da çözülebilir. Gelecekteki araştırmalar, modifikasyon süreci parametrelerini optimize etmeye, "çok fonksiyonlu sinerjistik modifikasyon" stratejileri geliştirmeye ve yüzey fonksiyonel grupları ile ağır metal iyonları arasındaki etkileşim mekanizmasını ortaya çıkarmak için yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamalarını birleştirmeye ve verimli ağır metal adsorpsiyon malzemelerinin tasarımı için teorik destek sağlamaya odaklanmalıdır.