Sự hấp phụ các ion đơn giản, các oxyanion và các ion hữu cơ trên bề
mặt oxide sắt đã được nghiên cứu rộng rãi. Các anion là các ligand, tức là chúng cĩ 1 hay nhiều hơn 1 nguyên tử với 1 cặp điện tử tự do và vì thế cĩ thể
hoạt động như 1 chất cho trong liên kết phối trí. Các ligand cĩ thể hấp phụ
trên oxide sắt theo hai kiểu: đặc trưng hoặc khơng đặc trưng (tức là cĩ ái lực mạnh hay yếu với bề mặt oxide sắt)
Sự hấp phụ đặc trưng bao gồm sự thế chỗ các nhĩm OH bề mặt bằng các ligand hấp phụ, L, tức là:
≡FeOH + L-↔≡FeL + OH-
≡(FeOH)2 + L-↔≡Fe2L+ + 2OH-
Sự hấp phụ đặc trưng thuộc vào loại hấp phụ hĩa học,tạo phức hấp phụ
cầu nội và trong trường hợp của các ligand thì đĩ là sự trao đổi ligand.Theo các phương trình trên, sự hấp phụ bao gồm sự phối trí trực tiếp của các chất bị
phân tử dung mơi giữa các chất bị hấp phụ và bề mặt. Do đĩ, sự liên kết cĩ phần lớn đặc điểm của liên kết cộng hĩa trị.
Sự hấp phụ cĩ thể diễn ra trên một bề mặt trung hịa, hay thậm chí một bề mặt cĩ cùng điện tích với chất bị hấp phụ. Các ion hấp phụ trong sự hấp phụ đặc trưng làm biến đổi điện tích của bề mặt oxide và do đĩ gây ra một bước chuyển của iep/pzc. Các ion này thường được liên kết chặt chẽ và khơng dễ dàng bị thay thế. Các anion hấp phụ đặc trưng trên các oxide sắt gồm: phosphate, silicate, selenite, arsenite, chloride, fluoride, citrate và oxalate.
Sự hấp phụ khơng đặc trưng là sự hấp phụ dưới dạng hình thành cặp ion, hình thành phức hấp phụ cầu ngồi. Nĩ bị chi phối bởi sự gĩp tĩnh điện vào năng lượng tự do hấp phụ và do đĩ nĩ bịảnh hưởng bởi cường độ ion của hệ. Các anion trong sự hấp phụ này vẫn giữ được vỏ hidrat hĩa của nĩ, tức là cĩ ít nhất một phân tử nước đặt giữa anion và bề mặt.
Trong sự hấp phụ khơng đặc trưng, các ion dễ dàng bị thay thế bởi các ion khác và do đĩ trong vài trường hợp loại hấp phụ này được xem như là một dạng trao đổi ion. Các ví dụ của các anion hấp phụ khơng đặc trưng bao gồm ion nitrate và pechlorate. Do đĩ, các muối của các ion này thích hợp dùng như
là các chất điện li trơ trong các nghiên cứu hĩa học bề mặt.
Hấp phụ anion tại bất kì pH nào cũng tăng theo việc tăng nồng độ các chất bị hấp phụ. Các đẳng nhiệt hấp phụ thường bộc lộ cách thức hoạt động theo Langmuir và điều này được xem như rằng các vị trí hấp phụ trên bề mặt của chất hấp phụ là giống nhau; đối với các oxide sắt đĩ là nhĩm OH bề mặt
được phối trí đơn.
Sự hấpphụ tối đa xảy ra ở pH thấp và giảm khi tăng pH ngoại trừ đối với silicate. Đối với các anion hấp phụ khơng đặc trưng, sự hấp phụ là khơng
đáng kể tại các pH trên pzc. Đối với hấp phụ anion, mối quan hệ giữa pH và
Ảnh hưởng của việc tăng pH đến sự hấp phụ anion là kết quả của hai
ảnh hưởng trái ngược nhau: 1) sự tăng nồng độ tương đối của các dạng anion của acid liên hợp làm xúc tiến sự hấp phụ trên bề mặt được tích điện ngược dấu, 2) sự giảm số các nhĩm tích điện dương FeOH2+ bề mặt khi tăng pH.
Khi các tĩnh điện chi phối sự hấp phụ (tức là loại hấp phụ khơng đặc trưng), tồn bộ bề mặt phải tích điện dương để cho sự hấp phụ diễn ra, do đĩ, vùng hấp phụ cực đại nằm giữa pKa của acid và pzc của chất rắn. Trái lại, khi xảy ra sự hấp phụ đặc trưng, một bề mặt tích điện dương tồn bộ như thế thì khơng cần đến và điều này giải thích tại sao hấp phụ cĩ thể xảy ra ở các pH trên pzc. Các acid polyprotic chẳng hạn như silicate và phosphate cĩ thể hình thành nhiều dạng anion trong dung dịch hấp phụ qua một khoảng pH rộng. Các phân tử cĩ các nhĩm chức với pKa cao (chẳng hạn OH) hấp phụở pH cao và làm tăng điện tích âm của bề mặt.
Sự hấp phụ anion thường là quá trình gồm hai giai đoạn.Giai đoạn đầu diễn ra nhanh (vài phút đến vài giờ) và bị hạn chế chủ yếu bởi sự khuếch tán các chất bị hấp phụđến các vị trí cĩ thể hấp phụ. Giai đoạn thứ hai chậm hơn, mà cĩ lẽ diễn ra vài ngày, được cho là do các yếu tố khác nhau bao gồm sự
khuếch tán vào trong tổ hợp các hạt hay vào các vi lỗ tinh thể và sự sắp xếp lại cấu trúc của các phức bề mặt.
Giải hấp anion khỏi bề mặt oxide sắt thường rất chậm. Nĩ cĩ thể được làm nhanh hơn bằng việc tăng pH. Độ bất thuận nghịch một phần của sự hấp phụ anion được qui cho năng lượng hoạt hĩa cao của sự hấp phụ khi hình thành các phức bề mặt đa răng hoặc do bởi sự khuếch tán chậm ra khỏi các vi lỗ.