Αν και ο μη τροποποιημένος κοκκοποιημένος ενεργός άνθρακας έχει μια πλούσια δομή πόρων, οι επιφανειακές λειτουργικές ομάδες του είναι ενός μόνο τύπου και η ικανότητα πρόσδεσής του με ιόντα βαρέων μετάλλων είναι σχετικά ασθενής. Η ικανότητα προσρόφησης συχνά περιορίζεται από τη φυσική προσρόφηση. Τα τελευταία χρόνια, μέσω τεχνικών τροποποίησης επιφανειών όπως χημική οξείδωση, φόρτωση οξειδίων μετάλλων και εμβολιασμό οργανικών προσδεμάτων, οι επιφανειακές χημικές ιδιότητες του κοκκώδους ενεργού άνθρακα μπορούν να βελτιστοποιηθούν σημαντικά, παρέχοντας έναν αποτελεσματικό τρόπο βελτίωσης της απόδοσης προσρόφησης για βαρέα μέταλλα.
Η τροποποίηση της χημικής οξείδωσης είναι μια από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μεθόδους. Με την επεξεργασία του κοκκοποιημένου ενεργού άνθρακα με οξειδωτικά όπως το νιτρικό οξύ και το υπεροξείδιο του υδρογόνου, μπορεί να εισαχθεί μεγάλος αριθμός λειτουργικών ομάδων-που περιέχουν οξυγόνο. Αυτές οι ομάδες συνδυάζονται με ιόντα βαρέων μετάλλων μέσω αντιδράσεων ηλεκτροστατικής έλξης και συντονισμού. Για παράδειγμα, μετά από οξείδωση 5 mol/L νιτρικού οξέος ενεργού άνθρακα από κέλυφος καρύδας, η περιεκτικότητα σε καρβοξυλική επιφάνεια αυξήθηκε από 0,5 mmol/g σε 2,3 mmol/g. Η διαδικασία προσρόφησης μετατοπίστηκε από την κυριαρχία της φυσικής προσρόφησης στην κυριαρχία της χημικής προσρόφησης και ο χρόνος ισορροπίας της προσρόφησης μειώθηκε κατά 30%. Επιπλέον, η τροποποίηση της οξείδωσης μπορεί επίσης να αυξήσει την επιφανειακή πυκνότητα αρνητικού φορτίου και μέσω της ανταλλαγής ιόντων, να ενισχύσει την επιλεκτική προσρόφηση κατιόντων.
Η φόρτωση οξειδίων μετάλλων τροποποιεί το υλικό εισάγοντας μεταλλικές ενεργές θέσεις με υψηλή συγγένεια στην επιφάνεια του κοκκοποιημένου ενεργού άνθρακα, δημιουργώντας έτσι ένα σύστημα συνεργικής προσρόφησης "πορώδης δομή - μεταλλική τοποθεσία". Μελέτες έχουν δείξει ότι οι επιφανειακές ομάδες του φορτωμένου μαγνητικού κοκκώδους ενεργού άνθρακα μπορούν να σχηματίσουν εσωτερικά σύμπλοκα με αυτόν, με ικανότητα προσρόφησης 126 mg/g, που είναι 4,2 φορές μεγαλύτερη από αυτή του μη τροποποιημένου δείγματος. Επιπλέον, μπορεί να διαχωριστεί γρήγορα και να ανακτηθεί κάτω από ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο. Ομοίως, η ικανότητα προσρόφησης του φορτωμένου κοκκώδους ενεργού άνθρακα αυξάνεται στα 98 mg/g. Όχι μόνο παρέχει θέσεις οξειδοαναγωγής αλλά επίσης ενισχύει το αποτέλεσμα χημικής προσρόφησης μέσω ομάδων υδροξυλίου.
Ο εμβολιασμός οργανικών προσδεμάτων για τροποποίηση περιλαμβάνει τη στερέωση οργανικών μορίων με ειδικές λειτουργίες χηλίωσης στην επιφάνεια του κοκκώδους ενεργού άνθρακα μέσω ομοιοπολικών δεσμών, επιτυγχάνοντας έτσι στοχευμένη προσρόφηση ιόντων βαρέων μετάλλων. Για παράδειγμα, ο κοκκώδης ενεργός άνθρακας εμβολιασμένος με δισουλφιραμικό έχει λειτουργικές ομάδες θείου στην επιφάνειά του που μπορούν να σχηματίσουν σταθερές χηλικές ενώσεις με αυτό, με ικανότητα προσρόφησης έως και 210 mg/g και διατηρώντας σταθερή απόδοση προσρόφησης εντός του εύρους. Αυτό λύνει το πρόβλημα της σημαντικής πτώσης της ικανότητας προσρόφησης των παραδοσιακών υλικών προσρόφησης υπό ισχυρές όξινες συνθήκες. Επιπλέον, η επίδραση χωρικής στερεοχημικής παρεμπόδισης των οργανικών προσδεμάτων μπορεί να μειώσει τη μη-μη ειδική δέσμευση στις θέσεις προσρόφησης, βελτιώνοντας την επιλεκτικότητα για τα βαρέα μέταλλα-στόχους.
Ωστόσο, η τροποποίηση της επιφάνειας αντιμετωπίζει επίσης προκλήσεις: η υπερβολική οξείδωση μπορεί να προκαλέσει την κατάρρευση της δομής των πόρων, με αποτέλεσμα τη μείωση της ειδικής επιφάνειας. Η υπερβολική φόρτωση οξειδίων μετάλλων μπορεί να οδηγήσει σε συσσωμάτωση, μειώνοντας τις αποτελεσματικές ενεργές θέσεις. ο ρυθμός εμβολιασμού των οργανικών προσδεμάτων περιορίζεται από τον αριθμό των επιφανειακών υδροξυλομάδων και μπορεί επίσης να διαλυθεί κατά τη διάρκεια-μακροχρόνιας χρήσης. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να επικεντρωθεί στη βελτιστοποίηση των παραμέτρων της διαδικασίας τροποποίησης, στην ανάπτυξη στρατηγικών "πολυλειτουργικής συνεργιστικής τροποποίησης" και στο συνδυασμό υπολογισμών της λειτουργικής θεωρίας πυκνότητας για την αποκάλυψη του μηχανισμού αλληλεπίδρασης μεταξύ επιφανειακών λειτουργικών ομάδων και ιόντων βαρέων μετάλλων, παρέχοντας θεωρητική υποστήριξη για το σχεδιασμό αποτελεσματικών υλικών προσρόφησης βαρέων μετάλλων.