Iako nemodificirani granulirani aktivni ugljen ima bogatu strukturu pora, njegove površinske funkcionalne grupe su jednog tipa, a sposobnost vezivanja za jone teških metala je relativno slaba. Kapacitet adsorpcije je često ograničen fizičkom adsorpcijom. Poslednjih godina, kroz tehnike modifikacije površine kao što su hemijska oksidacija, punjenje metalnih oksida i kalemljenje organskih liganada, hemijska svojstva površine granulisanog aktivnog ugljena mogu se značajno optimizovati, pružajući efikasan način za poboljšanje performansi adsorpcije za teške metale.
Kemijska oksidacijska modifikacija je jedna od najčešće korištenih metoda. Tretiranjem granuliranog aktivnog ugljena oksidansima kao što su dušična kiselina i vodikov peroksid, može se uvesti veliki broj funkcionalnih grupa koje sadrže kisik-. Ove grupe se kombinuju sa ionima teških metala kroz reakcije elektrostatičkog privlačenja i koordinacije. Na primjer, nakon 5 mol/L oksidacije azotne kiseline aktivnog ugljena kokosove ljuske, površinski sadržaj karboksila se povećao sa 0,5 mmol/g na 2,3 mmol/g. Proces adsorpcije prešao je sa dominacije fizičke adsorpcije na hemijsku adsorpciju, a vrijeme ravnoteže adsorpcije je skraćeno za 30%. Štaviše, oksidaciona modifikacija takođe može povećati površinsku gustinu negativnog naboja, i kroz ionsku izmjenu, poboljšati selektivnu adsorpciju kationa.
Učitavanje metalnih oksida modificira materijal uvođenjem metalnih aktivnih mjesta sa visokim afinitetom na površinu granuliranog aktivnog ugljena, čime se konstruira sinergijski adsorpcioni sistem "porozne strukture - metalnog mjesta". Istraživanja su pokazala da površinske grupe napunjenog magnetnog granuliranog aktivnog ugljena mogu sa njim formirati unutrašnje komplekse, sa kapacitetom adsorpcije od 126 mg/g, što je 4,2 puta više od nemodifikovanog uzorka. Štaviše, može se brzo odvojiti i povratiti pod vanjskim magnetskim poljem. Slično, kapacitet adsorpcije napunjenog granuliranog aktivnog ugljena je povećan na 98 mg/g. Ne samo da obezbjeđuje redoks mjesta, već i pojačava efekat hemijske adsorpcije kroz hidroksilne grupe.
Kalemljenje organskih liganada za modifikaciju uključuje fiksiranje organskih molekula sa specifičnim helirajućim funkcijama na površinu granuliranog aktivnog ugljena putem kovalentnih veza, čime se postiže ciljana adsorpcija jona teških metala. Na primjer, granulirani aktivni ugljen cijepljen disulfiramatom na svojoj površini ima funkcionalne grupe sumpora koje sa njim mogu formirati stabilne helate, sa kapacitetom adsorpcije do 210 mg/g, i održavajući stabilnu efikasnost adsorpcije unutar raspona. Time se rješava problem značajnog pada adsorpcionog kapaciteta tradicionalnih adsorpcionih materijala pod jakim kiselim uvjetima. Štaviše, efekat prostorne sterične smetnje organskih liganada može smanjiti ne-specifično vezivanje na mjestima adsorpcije, poboljšavajući selektivnost za ciljane teške metale.
Međutim, modifikacija površine također se suočava sa izazovima: prekomjerna oksidacija može uzrokovati kolaps strukture pora, što rezultira smanjenjem specifične površine; prekomjerno opterećenje metalnim oksidima može dovesti do aglomeracije, smanjujući efektivna aktivna mjesta; brzina cijepljenja organskih liganada je ograničena brojem površinskih hidroksilnih grupa, a može se također otopiti tokom-dugotrajne upotrebe. Buduća istraživanja bi se trebala fokusirati na optimizaciju parametara procesa modifikacije, razvoj strategija "multifunkcionalne sinergističke modifikacije" i kombinovanje proračuna teorije funkcionalne gustine kako bi se otkrio mehanizam interakcije između površinskih funkcionalnih grupa i jona teških metala, pružajući teorijsku podršku za dizajn efikasnih materijala za adsorpciju teških metala.