本发明涉及一种超细氧化石墨烯/硫酸钡复合材料的制备工艺及应用，属于纳米复合材料领域，其特征在于，包括如下步骤：以预处理的氧化石墨烯废硫酸、预制的碳酸钡浆料为原料，将所述碳酸钡浆料、废硫酸分别经管道输送至反应釜中，且碳酸钡浆料以连续滴下的方式加入其中，废硫酸以喷雾的形式喷淋在碳酸钡/废水浆料液滴上，控制反应釜内物料的pH和温度；反应结束后陈化；陈化完成的物料经过滤，得到氧化石墨烯/硫酸钡复合材料；本发明以石墨烯废酸废水为原料，获得吸油值更小的硫酸钡复合材料，变废为宝，增加了硫酸钡在下游领域应用中的添加量，提高了硫酸钡在下游体系中与氧化石墨烯共混时的均匀性。