CN101775202B - 一种基于磺化聚苯醚制备有机-无机杂化阳离子交换膜的方法 - Google Patents
一种基于磺化聚苯醚制备有机-无机杂化阳离子交换膜的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于磺化聚苯醚制备有机-无机杂化阳离子交换膜的方法，步骤如下：(1)制备一种既含有烷氧基硅基团、又含有阳离子交换基团或可以转化成阳离子交换基团的官能团的多硅共聚物；(2)将Na+型磺化聚苯醚溶解在甲醇或N，N-二甲基甲酰胺中形成磺化聚苯醚溶液，向磺化聚苯醚溶液中加入水、催化剂和多硅共聚物，搅拌反应制得涂膜液；(3)将涂膜液在基体上涂膜，使涂膜液干燥成凝胶层即膜片，然后对膜片进行热处理即可得到有机-无机杂化阳离子交换膜；本发明的优点在于：抗溶涨能力好、热稳定性高、机械性能优良、电学性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于磺化聚苯醚制备有机-无机杂化阳离子交换膜的方法。
背景技术
《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science，272(2006)116-124)报道了商业化的
1100EW溶液和四乙氧基硅烷混合，然后进行溶胶-凝胶反应，热处理后得到有机-无机杂化阳离子交换膜。由于选用的1100EW价格昂贵、离子交换容量不高，得到的膜电学性能下降、实用可行性不高。
《能源杂志》(Journal of Power Sources 186(2009)286-292)报道了磺化聚苯醚(SPPO)和(3-胺丙基)三乙氧基硅烷(A-1100)共混，溶胶-凝胶反应后，形成酸-碱对体系，热处理后得到杂化阳离子交换膜。该方法所制备的杂化阳离子交换膜相容性好、机械性能高、电学性能优良，膜适合应用于燃料电池领域；但由于在热处理过程中膜损失部分离子交换基团，得到的杂化阳离子交换膜荷电量不高，限制了膜的分离性能。
中国专利申请号03131571.2公布的一种有机-无机杂化阳离子交换膜的制备方法，利用分子链中含巯基的烷氧基硅烷或卤硅烷为原料，制备成溶胶在无机基体上涂膜，热处理后对巯基进行氧化。该方法步骤简单，膜中无机-有机成分相容性好，但由于采用了无机基体作支撑体，使得膜的荷电量不高，缺乏柔韧性，限制了膜在扩散渗析、电渗析等方面的应用。
中国专利申请号200810064727.0公布的一种纳米颗粒填充的杂化阳离子交换膜的制备方法，利用聚偏氟乙烯、二乙烯苯、无机纳米颗粒、甲基丙烯酸缩水甘油酯为原料，共混后聚合，得到的膜经过NaOH处理。该方法制备成本低、制备时间短，但膜的荷电量低、有机-无机组分之间缺乏共价键作用，使得膜的均一性和稳定性受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机-无机杂化阳离子交换膜的制备方法，以克服现有技术的上述缺陷。
本发明采用包含以下步骤的制备方法来达到本发明的目的：
(1)共聚物的制备：制备一种既含有烷氧基硅基团、又含有阳离子交换基团或可以转化成阳离子交换基团的官能团的多硅共聚物；
(2)涂膜液的制备：将Na+型磺化聚苯醚溶解在甲醇或N，N-二甲基甲酰胺中形成浓度为0.1-0.3g/mL的溶液，以质量比为水∶催化剂∶多硅共聚物∶磺化聚苯醚＝0.10-0.50∶0-0.02∶0.05-0.35∶1的配比关系，向上述溶液内加入水、催化剂和多硅共聚物，在20-60℃温度条件下搅拌反应12-48小时制得涂膜液；
(3)阳离子交换膜的制备：将步骤(2)制得的涂膜液在基体上涂膜，在室温环境下使涂膜液在基体上干燥至形成均匀稳定的凝胶层即膜片，然后对膜片进行热处理即可得到所述的有机-无机杂化阳离子交换膜；
步骤(2)中所述的催化剂包括盐酸、硫酸、乙酸或氨水。
所述多硅共聚物的制备过程为：选用一种含有阳离子交换基团或可以转化为阳离子交换基团的官能团的单体A，一种含有烷氧基硅基团的单体B，按摩尔比为单体A∶单体B∶溶剂C∶引发剂D＝1∶0.42-2.33∶20.2-47.2∶0.004-0.027的配比关系，将单体A、单体B、溶剂C和引发剂D混合，60-80℃温度条件下反应2-48小时，得到聚合溶液，然后对聚合溶液进行如下操作∶(1)按质量比为对苯二酚∶引发剂D＝0.3-0.5∶1的配比关系向聚合溶液内加入对苯二酚，除去溶剂C、残余的单体A和B，得到多硅共聚物液体；或(2)除去0-66％的溶剂C后，通过向聚合溶液加入正己烷或石油醚生成沉淀物即共聚物的方法提纯共聚物，将提纯后的共聚物溶解在溶剂C中，制得多硅共聚物溶液；单体A包括丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐或乙烯基磺酸钠；单体B包括甲基丙烯酸三甲氧基硅丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷或三乙氧基硅苯乙烯；溶剂C包括甲苯、甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜；引发剂D为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈。
所述基体包括玻璃板、铝箔、聚四氟乙烯板、聚氯乙烯板、多孔聚乙烯膜或无纺布。
所述涂膜的方法包括刮膜、流涎、浸渍或涂覆。
所述热处理的方法为：(1)将带基体的膜片置于温度50℃条件下并以5-20℃/小时的速度升温至温度105-135℃，保温1-8小时，即得到本发明所述的有机-无机杂化阳离子交换膜；或(2)从基体上刮下膜片，将膜片置于温度50℃条件下并以5-20℃/小时的速度升温至温度105-135℃，保温1-8小时，即得到本发明所述的有机-无机杂化阳离子交换膜；或(3)从基体上刮下膜片，将膜片置于温度50℃条件下并以5-20℃/小时的速度升温至温度75-95℃，保温1-4小时，将膜片浸泡在浓度为0.5-1mol/L NaCl溶液或浓度为0.1-0.5mol/L NaOH溶液中2-12小时后，再将膜片浸泡在水中4-12小时，浸泡期间换水3-6次，取出膜片并置于温度75-95℃条件下继续以5-20℃/小时的速度升温至105-135℃，保温1-8小时，即得到本发明所述的有机-无机杂化阳离子交换膜。
本发明所述的方法以含有阳离子交换基团或可以转化为阳离子交换基团的官能团的单体和含有烷氧基硅基团的单体为原料，通过共聚反应制备多硅共聚物，多硅共聚物和SPPO共混后，进行溶胶-凝胶反应，涂膜后进行热处理，即得到有机-无机杂化阳离子交换膜。其中多硅共聚物的使用保持了膜的荷电量的平衡，同时能提高膜的抗溶涨能力、热稳定性和电学性能。本发明所述的方法与《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science，272(2006)116-124)和《能源杂志》(Journal of Power Sources 186(2009)286-292)报道的以小分子烷氧基硅烷在阳离子交换聚合物内部进行溶胶-凝胶反应，制备杂化阳离子交换膜的方法相比较，由于本发明采用了多硅共聚物进行溶胶-凝胶反应，因而膜的荷电量更高、机械性能更好，从而应用前景更广；与申请号为03131571.2的中国专利文件中公开的利用分子链中含巯基的烷氧基硅烷或卤硅烷为原料，制备成溶胶后，经过涂膜、热处理和氧化的方法相比，本发明方法中未使用无机支撑体，膜的机械性能更好，可以应用在扩散渗析、电渗析等领域；与专利申请号为200810064727.0的中国专利文件中公开的共混聚偏氟乙烯、二乙烯苯、无机纳米颗粒和甲基丙烯酸缩水甘油酯等，聚合后，再经过NaOH处理，制得纳米颗粒填充的杂化阳离子交换膜的方法相比较，本发明制得的膜具有更好的均一性和稳定性，并有更优的电学性能。
本发明的优点在于：利用磺化聚苯醚和多硅共聚物制备了一类抗溶涨能力好、热稳定性高、机械性能优良、电学性能稳定的杂化阳离子交换膜；其中多硅共聚物的使用突破了传统杂化阳离子交换膜制备方式的局限，能同时改善杂化阳离子交换膜的稳定性和电学性能。
具体实施方式
实施例1
原料的准备：(1)甲苯浸泡在分子筛中两天；(2)按质量比为对苯二酚∶丙烯酸＝0.002∶1向丙烯酸内加入对苯二酚，减压蒸馏，收集温度80℃左右的馏分，得到纯化的丙烯酸液体；(3)偶氮二异丁腈(AIBN)的重结晶：温度35℃条件下，10克偶氮二异丁腈溶解在的100mL甲醇中，冰盐浴冷却结晶，抽滤后得到结晶产物，结晶产物在室温、真空环境下干燥两天。然后进行以下步骤：
(1)共聚物的制备：向装有回流冷凝管和干燥管的圆底烧瓶中加入6.9mL丙烯酸、23.7mL甲基丙烯酸三甲氧基硅丙酯(KH-570)和300mL甲苯，升温至温度70℃，加入0.262克偶氮二异丁腈，搅拌反应2小时，得到聚合溶液，向聚合溶液内加入0.131克对苯二酚，通过旋转蒸发除去甲苯、残余的丙烯酸和KH-570，直至无馏分滴下，得到多硅共聚物液体。
(2)涂膜液的制备：将4克Na+型磺化聚苯醚(山东天维膜公司生产)溶解在20mL甲醇中形成浓度为0.18g/mL的磺化聚苯醚溶液，向磺化聚苯醚溶液中加入0.8mL步骤(1)制得的多硅共聚物液体、0.2mL浓度为1mol/L的盐酸和1mL水，40℃温度条件下搅拌反应12小时，制的涂膜液24mL。
(3)阳离子交换膜的制备：将上述涂膜液涂覆在玻璃板上，室温自然环境下通风干燥1天，使涂膜液在玻璃板上形成均匀稳定的凝胶层即膜片，从玻璃板上刮下膜片，将膜片置于温度50℃条件下，然后以10℃/小时的速度升温至温度90℃，并在温度90℃条件下保温2小时，将膜片浸泡在浓度为1mol/L的NaCl水溶液中24小时，从NaCl水溶液中取出膜片放置在水中浸泡12小时，水浸泡期间换水4次，从水中取出膜片并将膜片置于温度90℃条件下，继续以10℃/小时的速度从90℃升温至130℃，并在温度130℃条件下保温4小时，即得本发明所述的有机-无机杂化阳离子交换膜。
对制得的上述阳离子交换膜进行如下测试：
(1)水含量：操作均在室温下进行，剪取一块重量为m1的膜片，m1的范围在0.10-0.30克，浸泡在水中2天后，取出膜片，用滤纸擦干膜片表面的水，称量后得到的重量值记为m2。膜片的水含量＝(m2-m1)×100％/m1。
(2)离子交换容量(IEC)：操作均在室温下进行，剪取一块重量为m3的膜片，m3的范围在0.15-0.40克，在浓度为1mol/L的HCl中浸泡2天后，取出膜片，用蒸馏水浸泡16小时并在浸泡期内换水4次，再将膜片浸泡在80mL浓度为0.04mol/L的KOH溶液中两天，以酚酞作指示剂，用浓度为0.04mol/L的HCl对浸泡后的KOH溶液进行返滴定至无色。IEC＝(浓度为0.04mol/L的KOH的摩尔数-浓度为0.04mol/L的HCl的摩尔数)/m3。
(3)抗溶涨测试：剪取一块重量为m4的膜片，m4的范围在0.15-0.30克，浸泡在80mL温度为65℃的水中，每隔6小时取出膜片，擦干表面的水，称量后将膜片再放入65℃水中继续浸泡。作重量变化百分比随时间的变化曲线，当重量增加百分比达到最大值时的时间记为溶涨时间。
(4)化学稳定性测试：剪取一块面积为6cm×6cm的膜片，浸入65℃的Fenton试剂(即4ppm FeCl2和3％H2O2的混合溶液)中，每隔3小时更换一次Fenton试剂，同时每隔3小时取出膜片，将膜片擦干并称重。考察膜的湿重随着时间的变化趋势。
对交换膜进行机械强度、扫描电镜和质子电导率测试，测试方法参考《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science 307(2008)28-36)和《能源杂志》(Journal of Power Sources 186(2009)286-292)。
测试结果：
本实施例所制备的交换膜的水含量为60.3％；IEC为2.47mmol/g，说明交换膜具有适当的亲水性和高的荷电量。与《能源杂志》(Journal of Power Sources 186(2009)286-292)报道的SPPO性质(水含量为88％，IEC为2.52mmol/g)相比较，本实施例所制备的交换膜具有相似的荷电量、但有更高的抗溶涨的能力。
抗溶涨测试：交换膜的溶涨时间为36小时，与SPPO相比(24小时)，本实施例所制备的交换膜具有更好的抗溶涨能力。
化学稳定性测试：本实施例所制备的交换膜的持久时间约为5小时，与SPPO相比(约3小时)，本实施例所制备的交换膜具有更好的抗氧化性。
机械强度测试：本实施例中制备的交换膜的断裂伸长率为19％，拉伸强度为45.8MPa。
扫描电镜观测表明，本实施例所制备的交换膜均一平整，无分相现象。
电导率测试：本实施例所制备的交换膜的电导率为0.13S/cm，说明膜具有优良的电学性能。
综合以上测试结果，可知本实施例得到了均相的有机-无机杂化阳离子交换膜，膜具有良好的机械性能和优异的电学性能。相对于SPPO膜，本实施例所制备的膜具有更高的抗溶涨能力和化学稳定性。
实施例2
原料的准备过程与实施例1相同，然后进行以下步骤：
(1)共聚物的制备：向装有回流冷凝管和干燥管的圆底烧瓶中加入4.1mL丙烯酸、33.1mL甲基丙烯酸三甲氧基硅丙酯(KH-570)和300mL甲苯，升温至温度70℃，加入0.262克偶氮二异丁腈，搅拌反应6小时，得到聚合溶液，向聚合溶液内加入0.079克对苯二酚，通过常压蒸馏除去甲苯和残余的丙烯酸，再进行减压蒸馏除去残余的KH-570，得到多硅共聚物液体。
(2)涂膜液的制备：同实施例1中的步骤(2)。
(3)阳离子交换膜的制备：同实施例1中的步骤(3)。
采用实施例1的方法对本实施例制得的阳离子交换膜进行水含量、IEC和抗溶涨测试，测试结果如下：
阳离子交换膜的水含量为45.7％，IEC为2.11mmol/g，溶涨时间为66小时。相对于实施例1，本实施例所制备的阳离子交换膜具有较低的荷电量，但有更好的稳定性。
实施例3
原料准备：甲苯浸泡在分子筛中两天；偶氮二异丁腈(AIBN)进行重结晶，方法同实施例1。然后进行以下步骤：
(1)共聚物的制备：向装有蛇形冷凝管和干燥管的圆底烧瓶中，加入5.11mL甲基丙烯酸、33.2mL甲基丙烯酸三甲氧基硅丙酯(KH-570)和280mL甲苯，升温至80℃，加入0.131克偶氮二异丁腈(AIBN)，搅拌反应12小时，得到聚合溶液。旋转蒸发除去聚合溶液内的184mL甲苯后，向聚合溶液内加入正己烷，直至有粘稠的沉淀即共聚物析出，将沉淀出的共聚物溶解甲苯中，然后再加入正己烷直至有沉淀即共聚物析出，最后将经二次提纯的共聚物溶解在DMF中，制得浓度为0.3g/mL的多硅共聚物溶液50mL。
(2)涂膜液的制备：将4克Na+型磺化聚苯醚(SPPO，山东天维膜公司生产)溶解在36mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中形成浓度为0.1g/mL的溶液，向溶液中加入0.67mL上述步骤(1)制得的多硅共聚物溶液和2mL浓度为2mol/L的氨水溶液；60℃温度条件下搅拌反应12小时，制的涂膜液40mL。
(3)阳离子交换膜的制备：将步骤(2)制得的涂膜液流涎在聚四氟乙烯板上，室温通风环境下干燥2天，使涂膜液在聚四氟乙烯板上形成均匀稳定的凝胶层即膜片，从聚四氟乙烯板上刮下膜片，将膜片置于温度50℃条件下，然后以5℃/小时的速度从温度50℃升温到温度105℃，保温8小时，即得到有机-无机杂化阳离子交换膜。
对上述制得的阳离子交换膜进行水含量、IEC、抗溶涨、化学稳定性、机械强度分析、质子电导率和甲醇渗透测试，测试方法参考《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science 310(2008)522-530)。
测试结果：水含量为42.6％；溶涨时间为84小时，IEC为2.06mmol/g；持久时间达7小时(耐什么的持久时间)；膜的断裂伸长率为25％，拉伸强度可达52.3MPa；甲醇渗透率为1.1×10-6cm2s-1；膜的质子传导率为0.15S/cm，。与《能源杂志》(Journal of Power Sources 186(2009)286-292)报道的SPPO性质(1.7×10-6cm2s-1，0.14S/cm)相比较，本实施例所制备的阳离子交换膜具有相似的电导率，但有更好的阻醇能力。
分析以上测试结果，可知本实施例成功制备了杂化阳离子交换膜。阳离子交换膜具有良好的物理稳定性和电学性能，以及改善的阻醇能力。
实施例4
原料的预处理：N，N-二甲基甲酰胺(DMF)浸泡在分子筛中两天；10克粗过氧化二苯甲酰(BPO)溶于40mL氯仿中，滤去不溶物，滤液倒入100mL预先用冰盐浴冷却的甲醇中，即有结晶析出，过滤后得到结晶产物，在氯化钙存在下室温真空干燥一天。然后进行以下步骤：
(1)共聚物的制备：在装有回流冷凝管的圆底烧瓶中、惰性气体保护下，混合18.2克乙烯基璜酸钠、12.6mL乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)和220mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，升温至温度60℃，加入0.097克过氧化二苯甲酰(BPO)，搅拌反应48小时，得到聚合溶液。旋转蒸发除去聚合溶液内的176mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)后，向聚合溶液中加入180mL石油醚沉淀出共聚物，沉淀出的共聚物再溶解于40mL DMF中，然后加入160mL石油醚使共聚物沉淀出，最后将共聚物溶解在DMF中，制得浓度为0.2g/mL的多硅共聚物溶液75mL。
(2)涂膜液的制备：将4克Na+型磺化聚苯醚(SPPO，山东天维膜公司生产)溶解在9.3mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中形成浓度为0.3g/mL的溶液，向溶液中加入7mL步骤(1)制得的多硅共聚物溶液、0.2mL浓度为1mol/LHCl和0.3mL水；20℃温度条件下搅拌反应48小时，制得涂膜液20mL。
(3)阳离子交换膜的制备：将步骤(2)制得的涂膜液刮膜在无纺布上，室温通风环境下干燥1天，使涂膜液在无纺布上形成均匀稳定的凝胶层即膜片，将膜片连同无纺布一起置于温度50℃的条件下，然后以20℃/小时的速度从温度50℃升到温度135℃，保温1小时，即得到有机-无机杂化阳离子交换膜。
对上述制得的阳离子交换膜进行水含量、IEC、化学稳定性、质子电导率和机械强度测试，测试方法参考实施例1；从无纺布上刮下涂膜层进行热重分析，热重分析的方法参考《膜科学杂志》(Journal of Membrane Science 307(2008)28-36)。
测试结果：本实施例中制备的交换膜的水含量为75.6％，IEC为2.78mmol/g，说明所制备的交换膜具有高的荷电量和较高的亲水性；交换膜的持久时间为6小时，质子电导率为0.12S/cm，交换膜的拉伸强度为39.7MPa，断裂伸长率为14％；热重分析测试表明，交换膜的初始热分解温度为262℃，说明交换膜具有良好的热稳定性。
由以上测试结果，可知本实施例得到了高荷电量的阳离子交换膜，阳离子交换膜具有较高的亲水性和良好的热稳定性。
实施例5
原料的预处理：二甲亚砜和正己烷浸泡在分子筛中两天；提纯过氧化二苯甲酰(BPO)，提纯步骤同实施例4，然后进行以下步骤：
(1)共聚物的制备：氮气保护下，向250mL圆底三颈烧瓶内加入0.04mol甲基丙烯酸、0.06mol三乙氧基硅苯乙烯和120mL二甲亚砜，油浴加热升温至75℃，加入0.145克BPO，氮气保护和75℃温度条件下搅拌反应18小时，得到聚合溶液。向聚合溶液内加入400mL正己烷沉淀出共聚物，沉淀出的共聚物再溶解于20mLDMF中，然后加入80mL正己烷使共聚物沉淀出，最后将共聚物溶解在DMF中，制成浓度为0.1g/mL的多硅共聚物溶液90mL。
(2)涂膜液的制备：将4克Na+型磺化聚苯醚(SPPO，山东天维膜公司生产)溶解在DMF中，得到13.5mL浓度为0.30g/mL的溶液，随后加入6mL步骤(1)制得的多硅共聚物溶液和1.2mL水，40℃温度条件下搅拌反应1天，制的涂膜液20mL。
(3)阳离子交换膜的制备：将步骤(2)制得的涂膜液流涎在四氟乙烯板上，室温通风环境下干燥3天，使涂膜液在四氟乙烯板上形成均匀稳定的凝胶层即膜片，从四氟乙烯板上刮下膜片，将膜片置于温度50℃条件下，以20℃/小时的速度从温度50℃升到温度75℃，并在温度75℃条件下保温4小时；将膜片浸泡在浓度为0.1mol/L的NaOH中12小时，从NaOH中取出并在水中浸泡4小时，水浸泡期间换水6次，然后将膜片从水中取出并置于75温度条件下，继续以20℃/小时的速度从75℃升温到135℃，并在135℃温度条件下保温1小时，即得到有机-无机杂化阳离子交换膜。
对上述制得的阳离子交换膜进行水含量、IEC、化学稳定性测试；扫描电镜观察；机械性能测试，测试方法采用实施例1中所述的方法。
测试结果：本实施例制备的阳离子交换膜的水含量为48.7％，IEC为2.33mmol/g，拉伸强度为28.5MPa，断裂伸长率为11％；扫描电镜观测表明，交换膜平整致密，有机-无机相之间相容性良好；化学稳定性测试表明，交换膜的持久时间为6小时，说明交换膜具有一定的抗氧化能力。
实施例6
原料的预处理同实施例5。
(1)共聚物的制备：同实施例5的步骤(1)。
(2)涂膜液的制备：同实施例5的步骤(2)。
(3)阳离子交换膜的制备：将步骤(2)制得的涂膜液涂覆在铝箔上，室温通风环境下干燥2天，使涂膜液在铝箔上形成均匀稳定的凝胶层即膜片，从铝箔上刮下膜片，将膜片置于温度50℃条件下，然后5℃/小时的速度从50℃升温到95℃，并在95℃温度条件下保温1小时；将膜片浸泡在浓度为0.5mol/L NaOH中2小时，从NaOH中取出并在水中浸泡12小时，12小时内换水3次，从水中取出膜片后置于95℃温度条件下，继续以5℃/小时的速度从95℃升温到105℃，并在105℃温度条件下保温8小时，即得到有机-无机杂化阳离子交换膜。
对上述制得的阳离子交换膜进行水含量、IEC、机械性能测试，测试方法同实施例1。
测试结果：本实施例制得的阳离子交换膜的水含量为52.5％，IEC为2.46mmol/g；膜的拉伸强度为32.5MPa，断裂伸长率为19％，相对于实施例5，本实施例所制备的阳离子交换膜具有改善的机械性能。
Claims (4)
1.一种基于磺化聚苯醚制备有机-无机杂化阳离子交换膜的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)共聚物的制备：制备一种既含有烷氧基硅基团、又含有阳离子交换基团或可以转化成阳离子交换基团的官能团的多硅共聚物；
(2)涂膜液的制备：将Na+型磺化聚苯醚溶解在甲醇或N，N-二甲基甲酰胺中形成浓度为0.1-0.3g/mL的溶液，以质量比为水∶催化剂∶多硅共聚物∶磺化聚苯醚＝0.10-0.50∶0-0.02∶0.05-0.35∶1的配比关系，向上述溶液内加入水、催化剂和多硅共聚物，在20-60℃温度条件下搅拌反应12-48小时制得涂膜液；
(3)阳离子交换膜的制备：将步骤(2)制得的涂膜液在基体上涂膜，在室温环境下使基体上的涂膜液干燥至形成均匀稳定的凝胶层即膜片，然后对膜片进行热处理即可得到所述的有机-无机杂化阳离子交换膜；
步骤(2)中所述的催化剂包括盐酸、硫酸、乙酸或氨水；
所述多硅共聚物的制备过程为：选用一种含有阳离子交换基团或可以转化为阳离子交换基团的官能团的单体A，一种含有烷氧基硅基团的单体B，按摩尔比为单体A∶单体B∶溶剂C∶引发剂D＝1∶0.42-2.33∶20.2-47.2∶0.004-0.027的配比关系，将单体A、单体B、溶剂C和引发剂D混合，60-80℃温度条件下反应2-48小时，得到聚合溶液，然后对聚合溶液进行如下操作：(1)按质量比为对苯二酚∶引发剂D＝0.3-0.5∶1的配比关系向聚合溶液内加入对苯二酚，除去溶剂C、残余的单体A和单体B，得到多硅共聚物液体；或(2)除去0-80％的溶剂C后，通过向聚合溶液内加入正己烷或石油醚生成沉淀物即共聚物的方法提纯共聚物，将提纯后的共聚物溶解在溶剂C中，制得多硅共聚物溶液；
所述单体A包括丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐或乙烯基磺酸钠；
所述单体B包括甲基丙烯酸三甲氧基硅丙酯、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、烯丙基三甲氧基硅烷或三乙氧基硅苯乙烯；
所述溶剂C包括甲苯、甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜；
所述引发剂D为过氧化二苯甲酰或偶氮二异丁腈。
2.根据权利要求1所述的基于磺化聚苯醚制备有机-无机杂化阳离子交换膜的方法，其特征在于所述基体包括玻璃板、铝箔、聚四氟乙烯板、聚氯乙烯板、多孔聚乙烯膜或无纺布。
3.根据权利要求1所述的基于磺化聚苯醚制备有机-无机杂化阳离子交换膜的方法，其特征在于所述涂膜的方法包括刮膜、流涎、浸渍或涂覆。
4.根据权利要求1所述的基于磺化聚苯醚制备有机-无机杂化阳离子交换膜的方法，其特征在于所述热处理的方法为：
(1)将带基体的膜片置于温度50℃条件下并以5-20℃/小时的速度升温至温度105-135℃，保温1-8小时，即得到所述的有机-无机杂化阳离子交换膜；或
(2)从基体上刮下膜片，将膜片置于温度50℃条件下并以5-20℃/小时的速度升温至温度105-135℃，保温1-8小时，即得到所述的有机-无机杂化阳离子交换膜；或
(3)从基体上刮下膜片，将膜片置于温度50℃条件下并以5-20℃/小时的速度升温至温度75-95℃，保温1-4小时，将膜片浸泡在浓度为0.5-1mol/L的NaCl溶液或浓度为0.1-0.5mol/L的NaOH溶液中2-12小时后，再将膜片浸泡在水中4-12小时，浸泡期间换水3-6次，取出膜片并置于温度75-95℃条件下继续以5-20℃/小时的速度升温至105-135℃，保温1-8小时，即得到所述的有机-无机杂化阳离子交换膜。
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