生物炭中存在各种官能团,例如羧基,酚羟基,羰基、内酯、吡喃酮和酸酐基团。这些组合物赋予生物炭独特的表面化学特性，例如亲水/疏水、表面电和离子交换特性。此外，大表面积和丰富的孔隙结构赋予生物炭良好的吸附特性。大量研究表明，生物炭对土壤中的重金属具有很高的吸附能力，其吸附涉及多种机制，包括离子交换、与含氧官能团的络合、与无机组分的沉淀以及与π电子(C=C)的相互作用。这些化学过程可以使生物炭有效的吸附和固定土壤中的重金属，使有效态重金属含量转化为稳定态，从而降低重金属的生物有效性，同时生物炭表面丰富的官能团使其具有很高的可改性性质，通过引入不同的物质得到具有更高特定抗性的生物炭，使得生物炭具有更高的可利用性。SEM、EDS和TEM技术对西瓜种子改性生物炭进行表征发现，生物炭上具有丰富的活性位点，pH＜3.21时，静电排斥会抑制 Pb吸附到生物炭表面，这是由于酸性条件下的H+会和重金属离子争夺吸附位点。之后随着pH的增加，带负电的有机官能团成为主要吸附位点，生物炭上带电的可用活性位点逐渐增加，产生了强烈的静电吸引力，使土壤中的重金属离子与OH－结合形成沉淀，最终有利于重金属的吸附与固定。