一种毛细管阵列光催化反应器及其制备和应用，属纳米半导体材料光催化反应器及其制备和应用的技术领域。用背景技术的光催化反应器检测待测水体水样的COD值时，存在对光源能量利用率不高、催化剂与反应液接触面积小等缺点。本发明的毛细管阵列光催化反应器以内壁附着纳米TiO2薄膜的毛细管的阵列作为光催化反应的场所，具有光催化剂不粉化、不流失，反应液与催化剂的接触面积大，光源的利用率高、光催化效率高，能检测微量样品，能对样品实施在线检测等优点。本发明还提供上述光催化反应器的制备方法和用上述光催化反应器检测待测水体水样的COD值的方法。