Även om omodifierat granulerat aktivt kol har en rik porstruktur, är dess ytfunktionella grupper av en enda typ och dess bindningsförmåga med tungmetalljoner är relativt svag. Adsorptionskapaciteten begränsas ofta av fysisk adsorption. Under senare år, genom ytmodifieringstekniker såsom kemisk oxidation, laddning av metalloxider och ympning av organiska ligander, kan ytkemiska egenskaper hos granulärt aktivt kol optimeras avsevärt, vilket ger ett effektivt sätt att förbättra adsorptionsprestandan för tungmetaller.
Kemisk oxidationsmodifiering är en av de mest använda metoderna. Genom att behandla granulerat aktivt kol med oxidanter som salpetersyra och väteperoxid kan ett stort antal syre-innehållande funktionella grupper introduceras. Dessa grupper kombineras med tungmetalljoner genom elektrostatisk attraktion och koordinationsreaktioner. Till exempel, efter 5 mol/L salpetersyraoxidation av kokosnötskalsaktiverat kol, ökade ytans karboxylhalt från 0,5 mmol/g till 2,3 mmol/g. Adsorptionsprocessen skiftade från att domineras av fysisk adsorption till att domineras av kemisk adsorption, och adsorptionsjämviktstiden förkortades med 30 %. Dessutom kan oxidationsmodifiering också öka den negativa laddningstätheten på ytan och genom jonbyte förbättra den selektiva adsorptionen av katjoner.
Att ladda metalloxider modifierar materialet genom att introducera metallaktiva ställen med hög affinitet på ytan av det granulerade aktiva kolet, och därigenom konstruerar ett "porös struktur - metallställe" synergistiskt adsorptionssystem. Studier har visat att ytgrupperna i det laddade magnetiska granulära aktiva kolet kan bilda inre komplex med det, med en adsorptionskapacitet på 126 mg/g, vilket är 4,2 gånger det omodifierade provet. Dessutom kan den snabbt separeras och återvinnas under ett externt magnetfält. På liknande sätt ökas adsorptionskapaciteten för det laddade granulära aktiva kolet till 98 mg/g. Det ger inte bara redoxställen utan förstärker också den kemiska adsorptionseffekten genom hydroxylgrupper.
Ympning av organiska ligander för modifiering involverar fixering av organiska molekyler med specifika kelatbildande funktioner på ytan av granulärt aktivt kol genom kovalenta bindningar, för att därigenom uppnå riktad adsorption av tungmetalljoner. Till exempel har granulärt aktivt kol ympat med disulfiramat svavelfunktionella grupper på sin yta som kan bilda stabila kelater med det, med en adsorptionskapacitet på upp till 210 mg/g och bibehåller en stabil adsorptionseffektivitet inom intervallet. Detta löser problemet med en betydande minskning av adsorptionskapaciteten för traditionella adsorptionsmaterial under starkt sura förhållanden. Dessutom kan den rumsliga steriska hindereffekten av organiska ligander minska icke-specifik bindning vid adsorptionsställena, vilket förbättrar selektiviteten för måltungmetallerna.
Men ytmodifiering står också inför utmaningar: överdriven oxidation kan orsaka kollaps av porstrukturen, vilket resulterar i en minskning av den specifika ytarean; överdriven belastning av metalloxider kan leda till agglomeration, vilket minskar de effektiva aktiva platserna; ympningshastigheten för organiska ligander begränsas av antalet ythydroxylgrupper, och den kan också lösas upp under lång-användning. Framtida forskning bör fokusera på att optimera modifieringsprocessparametrarna, utveckla "multifunktionella synergistiska modifieringsstrategier" och kombinera densitetsfunktionella teoriberäkningar för att avslöja interaktionsmekanismen mellan ytfunktionella grupper och tungmetalljoner, vilket ger teoretiskt stöd för utformningen av effektiva tungmetalladsorptionsmaterial.