一种复合型二氧化钛纳米管阵列光催化剂及制备和应用，在二氧化钛纳米管阵列的外表面修饰一层石墨烯与二氧化钛纳米颗粒复合多孔膜。可将本发明上述的复合型二氧化钛纳米管阵列光催化剂用于有机废水处理的应用。特别是以利用太阳能的紫外可见光，对有机废水中的有机污染物进行光催化处理具有良好处理效果。