本发明公开了一种处置和回收核级废弃物燃烧产物中放射性CO2气体的装置及方法，该装置包括：燃烧单元；过滤单元，与燃烧单元相连，用于过滤核级废弃物燃烧过程产生的含有放射性CO2的混合气体；冷却单元，与过滤单元相连；纯化单元，与冷却单元相连；捕集再生单元，与纯化单元相连；循环单元，与燃烧单元和捕集再生单元相连。本发明的结构简单，吸附材料再生和更换方便，能长时间重复使用，不但能从核电站混合废气或其他混合气体中选择性吸附CO2，符合碳排放控制和碳中和的发展要求，还能减缓自然界中因核电站废气或其他废气导致的环境辐射污染，同时也可以有效回收碳同位素资源，过程安全可控，无放射性物质泄露的风险。