Hoci nemodifikované granulované aktívne uhlie má bohatú štruktúru pórov, jeho povrchové funkčné skupiny sú jediného typu a jeho väzbová schopnosť s iónmi ťažkých kovov je relatívne slabá. Adsorpčná kapacita je často obmedzená fyzikálnou adsorpciou. V posledných rokoch môžu byť povrchové chemické vlastnosti granulovaného aktívneho uhlia výrazne optimalizované pomocou techník povrchovej modifikácie, ako je chemická oxidácia, nanášanie oxidov kovov a štepenie organických ligandov, čo poskytuje efektívny spôsob zlepšenia adsorpčného výkonu pre ťažké kovy.
Chemická oxidačná modifikácia je jednou z najčastejšie používaných metód. Ošetrením granulovaného aktívneho uhlia oxidačnými činidlami, ako je kyselina dusičná a peroxid vodíka, je možné zaviesť veľké množstvo funkčných skupín obsahujúcich kyslík-. Tieto skupiny sa spájajú s iónmi ťažkých kovov prostredníctvom elektrostatickej príťažlivosti a koordinačných reakcií. Napríklad po oxidácii aktívneho uhlia zo škrupín kokosových orechov 5 mol/l kyselinou dusičnou sa povrchový obsah karboxylových skupín zvýšil z 0,5 mmol/g na 2,3 mmol/g. Proces adsorpcie sa posunul z ovládania fyzikálnou adsorpciou na dominanciu chemickej adsorpcie a doba adsorpčnej rovnováhy sa skrátila o 30 %. Okrem toho môže oxidačná modifikácia tiež zvýšiť povrchovú hustotu záporného náboja a prostredníctvom iónovej výmeny zvýšiť selektívnu adsorpciu katiónov.
Nanášanie oxidov kovov modifikuje materiál zavedením kovových aktívnych miest s vysokou afinitou na povrch granulovaného aktívneho uhlia, čím sa vytvorí synergický adsorpčný systém s "pórovitou štruktúrou - kovové miesto". Štúdie ukázali, že povrchové skupiny naplneného magnetického granulovaného aktívneho uhlia s ním môžu vytvárať vnútorné komplexy s adsorpčnou kapacitou 126 mg/g, čo je 4,2-násobok kapacity nemodifikovanej vzorky. Okrem toho sa dá rýchlo oddeliť a získať späť pod vonkajším magnetickým poľom. Podobne sa zvýši adsorpčná kapacita naplneného granulovaného aktívneho uhlia na 98 mg/g. Poskytuje nielen redoxné miesta, ale tiež zvyšuje účinok chemickej adsorpcie prostredníctvom hydroxylových skupín.
Vrúbľovanie organických ligandov na modifikáciu zahŕňa fixáciu organických molekúl so špecifickými chelatačnými funkciami na povrch granulovaného aktívneho uhlia prostredníctvom kovalentných väzieb, čím sa dosiahne cielená adsorpcia iónov ťažkých kovov. Napríklad granulované aktívne uhlie vrúbľované disulfiramátom má na svojom povrchu funkčné skupiny síry, ktoré s ním môžu vytvárať stabilné cheláty s adsorpčnou kapacitou až 210 mg/g a udržujúc stabilnú adsorpčnú účinnosť v danom rozsahu. To rieši problém výrazného poklesu adsorpčnej kapacity tradičných adsorpčných materiálov v silne kyslých podmienkach. Okrem toho, efekt priestorovej stérickej zábrany organických ligandov môže znížiť nešpecifickú väzbu na adsorpčných miestach, čím sa zlepší selektivita pre cieľové ťažké kovy.
Avšak modifikácia povrchu tiež čelí problémom: nadmerná oxidácia môže spôsobiť kolaps štruktúry pórov, čo vedie k zníženiu špecifickej plochy povrchu; nadmerné zaťaženie oxidmi kovov môže viesť k aglomerácii, čím sa znížia účinné aktívne miesta; rýchlosť vrúbľovania organických ligandov je obmedzená počtom povrchových hydroxylových skupín a môže sa tiež rozpustiť počas dlhodobého-používania. Budúci výskum by sa mal zamerať na optimalizáciu parametrov procesu modifikácie, vývoj stratégií „multifunkčnej synergickej modifikácie“ a kombináciu výpočtov funkčnej teórie hustoty s cieľom odhaliť mechanizmus interakcie medzi povrchovými funkčnými skupinami a iónmi ťažkých kovov, čo poskytne teoretickú podporu pre návrh účinných materiálov na adsorpciu ťažkých kovov.