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本发明公开了一种分级3D电吸附电极及其制备方法和应用，涉及先进水处理及环境功能材料技术领域，包括如下步骤：S1、将碳毡基底置于浓硝酸溶液中在55~70℃下搅拌反应1.5 h~3 h，洗涤干燥得到样品一；S2、以样品一为阴极置于电沉积液中，进行电沉积反应，取出洗涤、烘干得到样品二；S3、制备铁源前驱体溶液；S4、将样品二与铁源前驱体溶液进行水热反应，取出洗涤、烘干，得到分级3D电吸附电极。实现了微米级三维骨架与纳米级活性位点的分级结构协同，以及外加电场驱动下对微塑料的定向电泳迁移与强静电相互吸引捕集，从而赋予了改性碳毡电极优异的电吸附容量、去除效率与循环稳定性。