本发明提供一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂，包括多个由陶瓷膜形成的孔道，所述孔道包括相邻分布的废水通道和臭氧通道，所述废水通道具有废水进口和废水出口，所述臭氧气体通道具有臭氧进口；所述陶瓷膜的孔径为0.01～10μm；所述陶瓷膜上负载有催化剂；所述催化剂为金属和/或金属氧化物。本发明将臭氧气体通过气液之间的陶瓷膜壁进入废水中，陶瓷膜壁具有发达的微孔结构，在臭氧气体通过陶瓷膜壁时，被分散成微小的气泡进入相邻通道中的待处理废水体系中，起到了微孔分散臭氧的作用，可以大幅度提高待处理废水中臭氧的溶解度，提高臭氧的利用率。本发明还提供一种臭氧催化氧化陶瓷膜催化剂的制备方法、陶瓷膜催化反应器和废水处理工艺。