本发明公开一种可循环使用处理污水的钛酸盐纳米材料及其应用方法。所述钛酸盐纳米材料制备方法为将液相或固相钛源分散于浓碱溶液中，转移入水热反应釜中进行水热反应得到。该材料的应用方法为将层状钛酸盐纳米材料加入到废水中，充分搅拌，静置沉淀，分离。对于吸附有有机物的钛酸盐纳米材料可以通过放入解吸剂解吸的方法重复使用，对于含有重金属离子的层状钛酸盐纳米材料则可以通过离子交换的方式重复使用。该方法可以有效去除水中有机物和重金属离子物质，并且可重复使用，具有成本低，适用性广等优点。