本发明提供了一种CO2改性粉煤灰基吸附剂及其制备方法和应用，属于水处理技术领域。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：将粉煤灰和水混合加热后，通入CO2，进行改性反应，干燥后，得到CO2改性粉煤灰基吸附剂。本发明通入CO2后会在密闭环境中形成高压，部分CO2溶于水后会形成高浓度的碳酸溶液，碳酸溶液在加温条件下与粉煤灰发生改性反应，碳酸中的H+离子会对粉煤灰产生活化作用，增大粉煤灰的孔隙率、比表面积和连通性，从而使粉煤灰对溶液中游离砷离子的吸附作用增强；碳酸能够与粉煤灰中的CaO反应生成CaCO3，CaCO3对溶液中游离砷离子具有吸附作用，可有效增强粉煤灰对溶液中游离砷离子的吸附能力。