Meskipun karbon aktif butiran yang tidak dimodifikasi memiliki struktur pori yang kaya, gugus fungsi permukaannya memiliki jenis yang sama, dan kemampuan mengikatnya dengan ion logam berat relatif lemah. Kapasitas adsorpsi seringkali dibatasi oleh adsorpsi fisik. Dalam beberapa tahun terakhir, melalui teknik modifikasi permukaan seperti oksidasi kimia, pemuatan oksida logam, dan pencangkokan ligan organik, sifat kimia permukaan karbon aktif granular dapat dioptimalkan secara signifikan, memberikan cara yang efektif untuk meningkatkan kinerja adsorpsi logam berat.
Modifikasi oksidasi kimia adalah salah satu metode yang paling umum digunakan. Dengan mengolah karbon aktif granular dengan oksidan seperti asam nitrat dan hidrogen peroksida, sejumlah besar oksigen-yang mengandung gugus fungsi dapat dihasilkan. Gugus-gugus ini bergabung dengan ion logam berat melalui gaya tarik-menarik elektrostatik dan reaksi koordinasi. Misalnya, setelah oksidasi asam nitrat 5 mol/L karbon aktif tempurung kelapa, kandungan karboksil permukaan meningkat dari 0,5 mmol/g menjadi 2,3 mmol/g. Proses adsorpsi bergeser dari didominasi oleh adsorpsi fisik menjadi didominasi oleh adsorpsi kimia, dan waktu kesetimbangan adsorpsi diperpendek sebesar 30%. Selain itu, modifikasi oksidasi juga dapat meningkatkan kerapatan muatan negatif permukaan, dan melalui pertukaran ion, meningkatkan adsorpsi selektif kation.
Pemuatan oksida logam memodifikasi material dengan memasukkan situs aktif logam dengan afinitas tinggi ke permukaan karbon aktif granulasi, sehingga membangun sistem adsorpsi sinergis "struktur berpori - situs logam". Penelitian telah menunjukkan bahwa kelompok permukaan karbon aktif granular magnetik yang dimuat dapat membentuk kompleks bagian dalam dengannya, dengan kapasitas adsorpsi 126 mg/g, yaitu 4,2 kali lipat dari sampel yang tidak dimodifikasi. Selain itu, ia dapat dengan cepat dipisahkan dan diperoleh kembali di bawah medan magnet eksternal. Demikian pula, kapasitas adsorpsi karbon aktif granular yang dimuat ditingkatkan menjadi 98 mg/g. Ini tidak hanya menyediakan situs redoks tetapi juga meningkatkan efek adsorpsi kimia melalui gugus hidroksil.
Pencangkokan ligan organik untuk modifikasi melibatkan pengikatan molekul organik dengan fungsi pengkhelat spesifik ke permukaan karbon aktif granular melalui ikatan kovalen, sehingga mencapai adsorpsi ion logam berat yang ditargetkan. Misalnya, karbon aktif granular yang dicangkokkan dengan disulfiramat memiliki gugus fungsi belerang di permukaannya yang dapat membentuk khelat stabil, dengan kapasitas adsorpsi hingga 210 mg/g, dan mempertahankan efisiensi adsorpsi yang stabil dalam kisaran tersebut. Hal ini memecahkan masalah penurunan kapasitas adsorpsi yang signifikan pada bahan adsorpsi tradisional dalam kondisi asam kuat. Selain itu, efek hambatan sterik spasial dari ligan organik dapat mengurangi pengikatan non-spesifik pada lokasi adsorpsi, sehingga meningkatkan selektivitas terhadap logam berat target.
Namun, modifikasi permukaan juga menghadapi tantangan: oksidasi berlebihan dapat menyebabkan runtuhnya struktur pori, yang mengakibatkan penurunan luas permukaan spesifik; pemuatan oksida logam yang berlebihan dapat menyebabkan aglomerasi, mengurangi situs aktif efektif; kecepatan pencangkokan ligan organik dibatasi oleh jumlah gugus hidroksil permukaan, dan ligan tersebut juga dapat larut selama-penggunaan jangka panjang. Penelitian di masa depan harus fokus pada optimalisasi parameter proses modifikasi, mengembangkan strategi "modifikasi sinergis multifungsi", dan menggabungkan perhitungan teori fungsional kerapatan untuk mengungkap mekanisme interaksi antara gugus fungsi permukaan dan ion logam berat, memberikan dukungan teoritis untuk desain bahan adsorpsi logam berat yang efisien.