แม้ว่าถ่านกัมมันต์แบบเม็ดที่ไม่มีการดัดแปลงจะมีโครงสร้างรูพรุนที่อุดมสมบูรณ์ แต่กลุ่มการทำงานของพื้นผิวนั้นเป็นประเภทเดียว และความสามารถในการจับกับไอออนของโลหะหนักค่อนข้างอ่อนแอ ความสามารถในการดูดซับมักถูกจำกัดโดยการดูดซับทางกายภาพ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยเทคนิคการปรับเปลี่ยนพื้นผิว เช่น การออกซิเดชันทางเคมี การโหลดออกไซด์ของโลหะ และการกราฟต์ลิแกนด์อินทรีย์ ทำให้คุณสมบัติทางเคมีของพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ที่เป็นเม็ดสามารถปรับให้เหมาะสมได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งถือเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปรับปรุงประสิทธิภาพการดูดซับของโลหะหนัก
การดัดแปลงออกซิเดชันทางเคมีเป็นหนึ่งในวิธีการที่ใช้กันมากที่สุด ด้วยการบำบัดถ่านกัมมันต์ที่เป็นเม็ดด้วยสารออกซิแดนท์ เช่น กรดไนตริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ จะทำให้ออกซิเจนจำนวนมาก-มีหมู่ฟังก์ชันที่สามารถนำมาใช้ได้ กลุ่มเหล่านี้รวมกับไอออนของโลหะหนักผ่านการดึงดูดไฟฟ้าสถิตและปฏิกิริยาการประสานงาน ตัวอย่างเช่น หลังจากออกซิเดชันของกรดไนตริก 5 โมล/ลิตรของถ่านกัมมันต์จากกะลามะพร้าว ปริมาณคาร์บอกซิลที่พื้นผิวเพิ่มขึ้นจาก 0.5 มิลลิโมล/กรัม เป็น 2.3 มิลลิโมล/กรัม กระบวนการดูดซับเปลี่ยนจากการถูกดูดซับทางกายภาพเป็นหลักไปเป็นการดูดซับทางเคมี และเวลาสมดุลการดูดซับก็สั้นลง 30% นอกจากนี้ การปรับเปลี่ยนออกซิเดชันยังสามารถเพิ่มความหนาแน่นประจุลบที่พื้นผิว และผ่านการแลกเปลี่ยนไอออน ช่วยเพิ่มการดูดซับแบบเลือกสรรของแคตไอออน
การโหลดโลหะออกไซด์จะปรับเปลี่ยนวัสดุโดยการนำตำแหน่งโลหะที่มีฤทธิ์สัมพันธ์กันสูงไปบนพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ที่เป็นเม็ด ดังนั้นจึงสร้างระบบการดูดซับที่เสริมฤทธิ์กัน "โครงสร้างที่มีรูพรุน - ตำแหน่งโลหะ" การศึกษาพบว่ากลุ่มพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ที่เป็นเม็ดแม่เหล็กที่บรรจุอยู่สามารถสร้างสารเชิงซ้อนภายในด้วยความสามารถในการดูดซับ 126 มก./กรัม ซึ่งมากกว่า 4.2 เท่าของตัวอย่างที่ไม่มีการดัดแปลง นอกจากนี้ยังสามารถแยกและกู้คืนได้อย่างรวดเร็วภายใต้สนามแม่เหล็กภายนอก ในทำนองเดียวกัน ความสามารถในการดูดซับของถ่านกัมมันต์ที่เป็นเม็ดที่โหลดเพิ่มขึ้นเป็น 98 มก./กรัม ไม่เพียงแต่ให้ตำแหน่งรีดอกซ์เท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มผลการดูดซับสารเคมีผ่านหมู่ไฮดรอกซิลอีกด้วย
การกราฟต์ลิแกนด์อินทรีย์เพื่อการดัดแปลงเกี่ยวข้องกับการตรึงโมเลกุลอินทรีย์ที่มีฟังก์ชันคีเลตจำเพาะบนพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ที่เป็นเม็ดผ่านพันธะโควาเลนต์ ดังนั้นจึงบรรลุการดูดซับไอออนโลหะหนักแบบกำหนดเป้าหมาย ตัวอย่างเช่น ถ่านกัมมันต์ที่เป็นเม็ดกราฟต์ด้วยไดซัลฟิราเมตมีหมู่ฟังก์ชันซัลเฟอร์บนพื้นผิวที่สามารถสร้างคีเลตที่เสถียรได้ โดยมีความสามารถในการดูดซับสูงถึง 210 มก./กรัม และรักษาประสิทธิภาพการดูดซับที่เสถียรภายในช่วง วิธีนี้จะช่วยแก้ปัญหาความสามารถในการดูดซับที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญของวัสดุดูดซับแบบดั้งเดิมภายใต้สภาวะที่เป็นกรดรุนแรง นอกจากนี้ ผลการขัดขวางเชิงพื้นที่สเตอริกของลิแกนด์อินทรีย์สามารถลดการจับที่ไม่เฉพาะเจาะจง-ที่ตำแหน่งการดูดซับ ปรับปรุงการเลือกสำหรับโลหะหนักเป้าหมาย
อย่างไรก็ตาม การปรับเปลี่ยนพื้นผิวยังเผชิญกับความท้าทาย: การออกซิเดชั่นมากเกินไปอาจทำให้โครงสร้างรูพรุนพังทลาย ส่งผลให้พื้นที่ผิวจำเพาะลดลง การโหลดโลหะออกไซด์มากเกินไปอาจทำให้เกิดการรวมตัวกันซึ่งจะช่วยลดพื้นที่ออกฤทธิ์ที่มีประสิทธิภาพ อัตราการกราฟต์ของลิแกนด์อินทรีย์ถูกจำกัดด้วยจำนวนหมู่ไฮดรอกซิลที่พื้นผิว และอาจละลายในระหว่างการใช้งานระยะยาว-ด้วย การวิจัยในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่การปรับพารามิเตอร์กระบวนการปรับเปลี่ยนให้เหมาะสม การพัฒนากลยุทธ์ "การปรับเปลี่ยนการทำงานร่วมกันแบบมัลติฟังก์ชั่น" และการผสมผสานการคำนวณทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่นเพื่อแสดงกลไกการทำงานร่วมกันระหว่างกลุ่มฟังก์ชันที่พื้นผิวและไอออนของโลหะหนัก ซึ่งให้การสนับสนุนทางทฤษฎีสำหรับการออกแบบวัสดุดูดซับโลหะหนักที่มีประสิทธิภาพ