本发明涉及一种快速合成纳米二氧化钛的制备方法，该制备方法采用微通道反应器进行反应，包括以下步骤：(1)将硫酸氧钛溶液与尿素溶液分别通入三通混合器，在0～60℃下进行混合，得到澄清混合液；(2)将所述澄清混合液通入所述反应器的微盘管内进行反应，所述微盘管包括依次连接的加热段和冷却段，得到反应产物的悬浮液；(3)将反应产物的悬浮液进行离心分离、洗涤、干燥，即可得到白色的二氧化钛粉末。本发明利用尿素高温下快速分解以发生爆炸性成核，有效降低了产物二氧化钛的粒径；利用微盘管传热效率高的特点快速连续的进行水热反应，直接得到了锐钛矿型的二氧化钛，粒径在2～5nm。