本发明涉及一种处理高浓度有机废水的三维石墨烯纳米材料电化学反应器，该反应器包括密闭的反应器本体，反应器本体交错竖直设置有隔板，隔板将反应器本体分割成多个处理单元，处理单元中设置有夹槽，夹槽中设置有三维石墨烯纳米材料电极，反应器本体的内部顶端设置有钛电极，反应器本体的一侧上部设置有进水口，反应器本体与进水口相对的一侧的下部设置有出水口，设置在处理单元中的三维石墨烯纳米材料电极彼此并联且通过电源和钛电极连接，电源为直流电源。本发明将三维石墨烯作为电极通过施加电压来提高三维石墨烯处理有机物的效率，脱色率可达98％～100％、TOC量去除率可达96％以上。