В работе представлены результаты исследования сорбционной емкости термообработанных углеродных сорбентов по отношению к катионам жесткости воды (кальция и магния), а также меди (II), хрома (III). Изучена природа поверхностных функциональных групп методами потенциометрического титрования. С целью повышения сорбционной активности проведена химическая модификация углеродных волокон фосфорилирующими растворами на основе ортофосфорной кислоты и мочевины. Проведенные исследования показывают перспективность использования углеродных волокнистых сорбентов для очистки жидких ионосодержащих сред.