本发明提供一种气凝胶碳纳米管复合材料及其制备方法和应用，该制备方法包括如下步骤：将负载金属氧化物的二氧化硅气凝胶置于反应器中，向所述反应器中通入还原性气体，升温至600～700℃后通入碳源，得到气凝胶碳纳米管复合材料；其中，所述还原性气体包括氢气、甲烷的至少一种；所述碳源包括2‑5个碳原子数的烷烃或烯烃中的至少一种。通过该方法制备的气凝胶碳纳米管复合材料能够作为有机污水处理剂，用于CODcr小于100mg/L的低浓度有机污水的处理，并且有机物的脱除率高达80.5％。