Single bubble Gas-Liquid mass transfer: CO2 absorption in Ionic Liquids

Gas–liquid mass transfer plays a key role in post-combustion CO₂ capture processes, where absorption efficiency is governed by interfacial transport phenomena. Ionic liquids (ILs) are promising alternative solvents due to their high CO₂ solubility and controllable properties, but their high viscosity and complex intermolecular interactions significantly affect mass transfer behaviour and limit the applicability of classical correlations. This thesis investigates CO₂ absorption in aqueous mixtures of imidazolium-based ionic liquids, [EMIM][OAc] and [BMIM][BF₄], using a single-bubble approach to analyse fundamental transport mechanisms under controlled conditions. The influence of liquid composition on density, viscosity, and surface tension was evaluated, and existing correlations were assessed against experimental data, with new empirical models proposed where necessary. Results show that ionic liquid concentration and molecular structure strongly influence transport and interfacial properties, affecting mass transfer performance. The study contributes to improving mass transfer modelling in ionic-liquid-based systems and supports their application in CO₂ capture technologies.

Il trasferimento di massa gas–liquido svolge un ruolo fondamentale nei processi di cattura della CO₂ post-combustione, in cui l’efficienza di assorbimento è governata dai fenomeni di trasporto interfacciale. I liquidi ionici (ILs) rappresentano solventi alternativi promettenti grazie alla loro elevata solubilità della CO₂ e alle loro proprietà modulabili, ma la loro elevata viscosità e le complesse interazioni intermolecolari influenzano significativamente il comportamento del trasferimento di massa e limitano l’applicabilità delle correlazioni classiche. Questa tesi studia l’assorbimento di CO₂ in miscele acquose di liquidi ionici a base di imidazolio, [EMIM][OAc] e [BMIM][BF₄], utilizzando un approccio a bolla singola per analizzare i meccanismi fondamentali di trasporto in condizioni controllate. L’influenza della composizione del liquido su densità, viscosità e tensione superficiale è stata valutata e le correlazioni esistenti sono state confrontate con dati sperimentali, proponendo nuovi modelli empirici quando necessario. I risultati mostrano che la concentrazione del liquido ionico e la struttura molecolare influenzano fortemente le proprietà di trasporto e interfacciali, incidendo sulle prestazioni del trasferimento di massa. Lo studio contribuisce al miglioramento della modellazione del trasferimento di massa nei sistemi a base di liquidi ionici e supporta la loro applicazione nelle tecnologie di cattura della CO₂.