本发明属于生物膜载体技术领域，具体涉及一种改性生物膜载体及其制备方法和应用。本发明提供了一种改性生物载体的制备方法，包括以下步骤：将碳纤维依次进行第一保温和第二保温，得到所述改性生物膜载体；所述第一保温的温度为150～250℃；所述第二保温的温度为250～650℃。本发明提供的制备方法，第一保温阶段处理可将碳纤维表面的树脂浆分解，避免使用大量有机溶剂浸泡洗涤除浆，更有利于扩大生产；第二保温阶段处理促进碳纤维氧化和烧失，实现碳纤维改性。实验效果表明，本发明提供的改性生物膜载体长时间运行后好氧单元单位质量碳纤维生物量可达10～12g/g，缺氧单元单位质量碳纤维生物量达3～5g/g。