本发明属于金属防腐涂层的制备技术领域，具体涉及一种季铵化木质素/石墨烯/碳纳米管基复合防腐涂层及其制备方法与应用。该方法采用超声剥离分散制备季铵化木质素石墨烯/碳纳米管分散液，然后与水性环氧树脂和水性固化剂混合，制备得到季铵化木质素分散石墨烯/碳纳米管基复合水性防腐涂层。该方法采用可再生的生物质材料木质素，利用木质素的季铵化、两亲性及其与石墨烯之间的π‑π作用，可将疏水的石墨烯和碳纳米管均匀的分散在水性环氧树脂中，由此得到的涂层中的石墨烯可层层阻隔腐蚀小分子的侵入，延缓基材的腐蚀速率。同时，碳纳米管的加入可与石墨烯起到协同防腐蚀作用，将该涂层用于金属及建材表面的防腐，表现出较好的容抗弧。