Deși cărbunele activat granulat nemodificat are o structură bogată de pori, grupele sale funcționale de suprafață sunt de un singur tip, iar capacitatea sa de legare cu ionii de metale grele este relativ slabă. Capacitatea de adsorbție este adesea limitată de adsorbția fizică. În ultimii ani, prin tehnici de modificare a suprafeței, cum ar fi oxidarea chimică, încărcarea oxizilor metalici și altoirea liganzilor organici, proprietățile chimice de suprafață ale cărbunelui activat granular pot fi optimizate semnificativ, oferind o modalitate eficientă de îmbunătățire a performanței de adsorbție a metalelor grele.
Modificarea chimică prin oxidare este una dintre cele mai frecvent utilizate metode. Prin tratarea cărbunelui activat granulat cu oxidanți, cum ar fi acidul azotic și peroxidul de hidrogen, poate fi introdus un număr mare de grupe funcționale care conțin oxigen-. Aceste grupuri se combină cu ionii de metale grele prin reacții de atractie electrostatică și de coordonare. De exemplu, după oxidarea cu acid azotic de 5 mol/L a cărbunelui activat din coajă de nucă de cocos, conținutul de carboxil de suprafață a crescut de la 0,5 mmol/g la 2,3 mmol/g. Procesul de adsorbție a trecut de la a fi dominat de adsorbția fizică la a fi dominat de adsorbția chimică, iar timpul de echilibru de adsorbție a fost scurtat cu 30%. Mai mult, modificarea oxidării poate crește, de asemenea, densitatea sarcinii negative la suprafață și, prin schimbul de ioni, poate îmbunătăți adsorbția selectivă a cationilor.
Încărcarea oxizilor metalici modifică materialul prin introducerea de locuri metalice active cu afinitate mare pe suprafața cărbunelui activat granulat, construind astfel un sistem de adsorbție sinergică cu „structură poroasă - situs metalic”. Studiile au arătat că grupele de suprafață ale cărbunelui activat granular magnetic încărcat pot forma complexe interioare cu acesta, cu o capacitate de adsorbție de 126 mg/g, care este de 4,2 ori mai mare decât proba nemodificată. Mai mult, poate fi separat și recuperat rapid sub un câmp magnetic extern. În mod similar, capacitatea de adsorbție a cărbunelui activat granular încărcat este crescută la 98 mg/g. Nu numai că oferă site-uri redox, ci și îmbunătățește efectul de adsorbție chimică prin grupările hidroxil.
Grefarea liganzilor organici pentru modificare implică fixarea moleculelor organice cu funcții de chelare specifice pe suprafața cărbunelui activat granular prin legături covalente, realizând astfel adsorbția țintită a ionilor de metale grele. De exemplu, cărbunele activat granular grefat cu disulfiramat are pe suprafața sa grupări funcționale de sulf care pot forma chelați stabili cu acesta, cu o capacitate de adsorbție de până la 210 mg/g și menținând eficiența de adsorbție stabilă în interval. Aceasta rezolvă problema unei scăderi semnificative a capacității de adsorbție a materialelor tradiționale de adsorbție în condiții acide puternice. Mai mult, efectul de obstacol steric spațial al liganzilor organici poate reduce legarea ne-specifică la locurile de adsorbție, îmbunătățind selectivitatea pentru metalele grele țintă.
Cu toate acestea, modificarea suprafeței se confruntă și cu provocări: oxidarea excesivă poate provoca prăbușirea structurii porilor, ducând la o scădere a suprafeței specifice; încărcarea excesivă a oxizilor metalici poate duce la aglomerare, reducând locurile active efective; rata de grefare a liganzilor organici este limitată de numărul de grupări hidroxil de suprafață și se poate dizolva și în timpul utilizării pe termen lung. Cercetările viitoare ar trebui să se concentreze pe optimizarea parametrilor procesului de modificare, dezvoltarea strategiilor de „modificare sinergică multifuncțională” și combinarea calculelor teoriei funcționale a densității pentru a dezvălui mecanismul de interacțiune dintre grupurile funcționale de suprafață și ionii de metale grele, oferind suport teoretic pentru proiectarea materialelor eficiente de adsorbție a metalelor grele.