本发明属于高分子材料领域，涉及一种超亲水自清洁油水分离膜及其制备方法和应用。本发明提供一种超亲水自清洁油水分离膜，所述油水分离膜为基膜表面覆有超亲水涂层形成的改性膜；所述超亲水涂层为植物多酚与二氧化钛前驱体反应形成含羧酸钛配位键的超亲水涂层；所述基膜为能用于油水分离的聚合物膜或非聚合物膜。本发明所得油水分离膜为超亲水性的，得到的膜材料能够对多种油水分层混合物、表面活性稳定的水包油乳液快速有效分离；同时在UV光照下，二氧化钛的光催化降解特性使膜具有优异的自清洁防污性能，即所的膜具有良好的循环分离性能。