Mặc dù than hoạt tính dạng hạt không biến tính có cấu trúc lỗ xốp phong phú, nhưng các nhóm chức năng bề mặt của nó chỉ thuộc một loại duy nhất và khả năng liên kết của nó với các ion kim loại nặng tương đối yếu. Khả năng hấp phụ thường bị giới hạn bởi sự hấp phụ vật lý. Trong những năm gần đây, thông qua các kỹ thuật biến đổi bề mặt như oxy hóa hóa học, nạp oxit kim loại và ghép các phối tử hữu cơ, tính chất hóa học bề mặt của than hoạt tính dạng hạt có thể được tối ưu hóa đáng kể, mang lại một phương pháp hiệu quả để cải thiện hiệu suất hấp phụ đối với kim loại nặng.
Sửa đổi oxy hóa hóa học là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất. Bằng cách xử lý than hoạt tính dạng hạt bằng chất oxy hóa như axit nitric và hydro peroxide, có thể tạo ra một số lượng lớn-nhóm chức chứa oxy. Các nhóm này kết hợp với các ion kim loại nặng thông qua phản ứng phối hợp và hút tĩnh điện. Ví dụ, sau quá trình oxy hóa axit nitric 5 mol/L của than hoạt tính gáo dừa, hàm lượng carboxyl bề mặt tăng từ 0,5 mmol/g lên 2,3 mmol/g. Quá trình hấp phụ chuyển từ bị chi phối bởi hấp phụ vật lý sang bị chi phối bởi hấp phụ hóa học và thời gian cân bằng hấp phụ được rút ngắn 30%. Hơn nữa, quá trình biến đổi quá trình oxy hóa cũng có thể làm tăng mật độ điện tích âm bề mặt và thông qua trao đổi ion, tăng cường khả năng hấp phụ chọn lọc của các cation.
Việc nạp các oxit kim loại làm biến đổi vật liệu bằng cách đưa các vị trí hoạt động kim loại có ái lực cao lên bề mặt của than hoạt tính dạng hạt, từ đó xây dựng hệ thống hấp phụ hiệp đồng "cấu trúc xốp - vị trí kim loại". Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các nhóm bề mặt của than hoạt tính dạng hạt từ tính được nạp có thể tạo thành các phức chất bên trong với nó, với khả năng hấp phụ là 126 mg/g, gấp 4,2 lần so với mẫu không biến tính. Hơn nữa, nó có thể được tách ra và phục hồi nhanh chóng dưới tác dụng của từ trường bên ngoài. Tương tự, khả năng hấp phụ của than hoạt tính dạng hạt nạp vào được tăng lên 98 mg/g. Nó không chỉ cung cấp các vị trí oxy hóa khử mà còn tăng cường hiệu quả hấp phụ hóa học thông qua các nhóm hydroxyl.
Việc ghép các phối tử hữu cơ để biến đổi bao gồm việc cố định các phân tử hữu cơ có chức năng chelat cụ thể lên bề mặt than hoạt tính dạng hạt thông qua liên kết cộng hóa trị, từ đó đạt được sự hấp phụ mục tiêu của các ion kim loại nặng. Ví dụ, than hoạt tính dạng hạt ghép với disulfiramate có các nhóm chức lưu huỳnh trên bề mặt có thể tạo thành chelate ổn định với nó, với khả năng hấp phụ lên tới 210 mg/g và duy trì hiệu suất hấp phụ ổn định trong phạm vi. Điều này giải quyết vấn đề giảm đáng kể khả năng hấp phụ của vật liệu hấp phụ truyền thống trong điều kiện axit mạnh. Hơn nữa, hiệu ứng cản trở không gian không gian của các phối tử hữu cơ có thể làm giảm liên kết không đặc hiệu tại các vị trí hấp phụ, cải thiện khả năng chọn lọc đối với kim loại nặng mục tiêu.
Tuy nhiên, việc biến đổi bề mặt cũng phải đối mặt với những thách thức: quá trình oxy hóa quá mức có thể gây ra sự sụp đổ cấu trúc lỗ chân lông, dẫn đến giảm diện tích bề mặt cụ thể; nạp quá nhiều oxit kim loại có thể dẫn đến sự kết tụ, làm giảm các vị trí hoạt động hiệu quả; tốc độ ghép của các phối tử hữu cơ bị giới hạn bởi số lượng nhóm hydroxyl bề mặt và nó cũng có thể hòa tan trong quá trình sử dụng lâu dài. Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc tối ưu hóa các tham số của quá trình biến đổi, phát triển các chiến lược "biến đổi hiệp đồng đa chức năng" và kết hợp các tính toán lý thuyết hàm mật độ để tiết lộ cơ chế tương tác giữa các nhóm chức năng bề mặt và các ion kim loại nặng, cung cấp hỗ trợ về mặt lý thuyết cho việc thiết kế vật liệu hấp phụ kim loại nặng hiệu quả.