本发明公开了一种水相残留TBP捕集装置和方法，装置分散相容器、连续相容器、膜分散微萃取器、微孔膜和混合溶液贮槽；其中，微孔膜设置在膜分散微萃取器内，膜分散微萃取器上形成有两个进液口和一个出液口，两个进液口分别位于微孔膜的两侧，分散相容器和连续相容器分别通过管道与两个进液口一一对应地连通，混合溶液贮槽通过管道与出液口相连通；利用该装置，控制含TBP水相料液和烷烃稀释剂流入膜分散微萃取器并混合，能够使TBP水相料液和烷烃稀释剂在膜分散微萃取器和管道中停留一段时间，保证萃取效率，对水相残留TBP的高效捕集可达到90％以上，并且具有快速分相的优点，不存在乳化等问题。