本发明公开了一种高效处理亚甲基蓝染料废水的催化剂组合物及其制备方法和应用。本发明将钾化合物、铬盐、钼酸盐和柠檬酸，依次加入水中，搅拌溶解，然后加入乙二醇，升温到100℃—130℃，继续搅拌形成凝胶；将凝胶在500℃—1000℃下加热5—30小时，得到三元复合氧化物K₂O?Cr₂O₃?xMoO₃(x=1～8)催化剂。本发明的催化剂在常温常压，无需氧化剂，也无需光照射下即能有效处理亚甲基蓝染料废水。对于浓度为50mg/L的亚甲基蓝，其降解率在60分钟内能达到90.0%以上，而且催化剂可以多次循环使用。