本发明属于污水处理领域，涉及一种改性天然木质材料的制备方法及其在污水净化中的应用。所述改性天然木质材料的制备方法包括如下步骤：S1.将木材放入木质素脱除溶液中，加热反应后，将所述木材洗涤、浸渍、冷冻干燥处理，得到脱除木质素木材；将TiO2清洗、烘干后，惰性气体下加热，得到黑色TiO2；S2.将所述黑色TiO2超声分散于溶剂中，然后涂覆于所述脱除木质素木材上，烘干，得到所述改性天然木质材料；其中，所述天然木质材料为美洲轻木，所述黑色TiO2的晶型为金红石相和锐钛矿相的混合相。本发明制备的改性天然木质材料具有良好的光热性能，对太阳能的利用率较高，且能高效去除污水中的污染物，对污水净化、回用技术的发展具有重要意义。