[发明专利]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

权利要求书

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。