本发明涉及水污染处理领域，提供了一种硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料及其制备方法和应用。本发明通过将钛酸四丁酯原位还原后与氧化石墨烯复合，然后再与N‑(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠反应，制备得到了以氧化石墨烯为基底，键合二氧化钛和N‑(三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺三乙酸钠的复合材料。本发明由上述方法制备得到的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料对污染物的吸附性能较好，而且光催化性能较好。实施例结果表明，本发明提供的硅烷化还原氧化石墨烯二氧化钛复合材料能够有效降低污染物Cd2+的含量，且对苯酚的降解效果较好。