环境保护和资源综合利用是当今国际社会普遍关注的热点之一。介孔TiO2由于兼备高比表面积和高活性的优点，在储氢、燃料电池、光催化降解有机物，加氢脱硫，以及固体酸催化等方面受到人们的特别关注。目前制备介孔TiO2多为模板剂法或溶胶-凝胶法，致使合成成本高、产物热稳定性差、合成量少；另一方面，铷(Rb)、铯(Cs)是重要的稀有金属，在宇航、能源、医药、催化、电子管等领域有重要应用，在我国盐湖卤水、光卤石、地热水资源中，铷、铯含量丰富，但目前提取方法普遍存在离子交换容量低、选择性差等问题。　　 作为一类新型先进功能材料，钛酸钾既是TiO2材料的廉价、易得来源之一，又是一种性能优异的离子交换材料。课题组在钛酸钾的离子交换方面已有非常细致的工作，并已建立了完整的热力学模型，完全达到了各种钛酸钾及其衍生物的可控、快速制备。但对于其在高温熔体条件下的离子交换反应的热力学及可行性计算尚未开展。　　 本课题组以层状二钛酸钾晶须为前驱体，用非模板剂的方法制备出了高比表面积、高热稳定性、低成本的介孔TiO2晶须。但由于制备过程中最重要的水合成孔过程机理没有研究清楚，所以水合过程中的用水量无法定量控制，且成孔时间为7-10天，进而导致生产周期长、质量稳定性差，严重制约了其规模化制备。　　 为分析水合过程中水对K2Ti2O5成孔的影响，强化水合成孔过程、缩短生产时间，本文采用水蒸气增湿K2Ti2O5的方法代替传统的水合过程，此方法可以获得均匀的水合产物。首次以在线测定的方式获得了K2Ti2O5在30℃、60℃、90℃的饱和水蒸汽中的吸水动力学曲线。在此基础之上，本文首次采用热重在线分析了K2Ti2O5吸水后的不同样品，获得了水合过程中的结晶水转变的过程。　　 本文主要建立了一套可在线分析K2Ti2O5水合过程的实验和表征方案，水蒸汽增湿法可为进一步的实验表征提供均匀、可靠、即时的样品。为将来系统分析和表征K2Ti2O5水合成孔过程结构的转变提供了一套研究方法。　　 基于K2Ti6O13可与NaCl在高温下进行离子交换反应，本文首先通过建立可靠的热力学物性数据估算方法对复合氧化物Na2Ti6O13、K2Ti6O13、Rb2Ti6O13和Cs2Ti6O13的Cp、△fH0m，298、△fG0m，298和△fS0m，298基础物性数据进行了估算，建立了K2Ti6O13-NaCl、RbCl、CsCl高温离子交换反应的热力学模型，并分别计算了各反应体系在不同反应条件下的反应进度X0。研究结果表明，在相同的反应条件下，各反应体系高温离子交换反应的难易程度为：CsCl-K2Ti6O13>NaCl-K2Ti6O13>RbCl-K2Ti6O13。在通过与K2Ti6O13材料的离子交换反应来提取铷、铯资源时，均可通过增加反应物的物质的量来提高产量，但提高反应温度有利于增加铷资源的提取产量；而略降低反应温度有利于增加铯资源的提取产量。